JP2021151027A - 作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者がモータの負荷状態を認識し易い作業機を提供すること。【解決手段】モータを駆動源とした複数の作業部と、前記複数の作業部の各モータを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、いずれか一つの前記モータの負荷が第一の負荷に達した場合に、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を変更して、うなり音を発生させる、ことを特徴とする作業機。【選択図】図４

Description

本発明は作業機に関する。

芝刈り機などの作業機において、作業部の駆動源にモータを用いたものが提案されている。モータが過負荷状態に至ると、作業機の故障を生じ得る。こうした場合、モータへの電力供給を遮断している（例えば特許文献１）。

特開２０１１−９２１７８号公報

作業部の駆動源に内燃機関を用いた作業機においては、作業者は騒音の変化によって作業部の負荷状態を認識しやすい。しかし、駆動源にモータを用いた作業機においては、負荷状態による騒音の変化が小さいため、作業者が負荷状態を認識しづらく、過負荷状態に至ると唐突にモータが停止する印象を受ける場合がある。

本発明の目的は、作業者がモータの負荷状態を認識し易い作業機を提供することにある。

本発明によれば、
モータを駆動源とした複数の作業部と、
前記複数の作業部の各モータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
いずれか一つの前記モータの負荷が第一の負荷に達した場合に、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を変更して、うなり音を発生させる、
ことを特徴とする作業機が提供される。

本発明によれば、作業者がモータの負荷状態を認識し易い作業機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る作業機の平面図。 図１の作業機の電気系の構成のブロック図。 図２の制御ユニットが実行する処理例を示すフローチャート。 （Ａ）及び（Ｂ）はモータの回転数変化を示す図、（Ｃ）はうなり音の変化を示す図。 （Ａ）及び（Ｂ）はモータの別の回転数変化を示す図、（Ｃ）はうなり音の別の変化を示す図。 （Ａ）及び（Ｂ）はモータの別の回転数変化を示す図、（Ｃ）はうなり音の別の変化を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜作業機の構成＞
図１は本発明の一実施形態に係る作業機１の平面図である。作業機１は、作業者が作業機１を押しながら芝を刈り取る歩行芝刈り機である。作業機１は、本体２を備える。本体１には左右前後に配置された合計４つの車輪３が設けられており、本体２は車輪３の転動によって人力によって走行する。本体２の後部には、ハンドル４が設けられている。作業者はハンドル４を保持して作業機１を移動させるハンドル４には操作部５が設けられている。作業者は操作部５に対する操作によって作業部６の駆動指示を行うことができる。操作部５は作業者の操作を検知するスイッチ等のセンサを含む。

本実施形態の場合、作業部６は３つ設けられている。各作業部６は本体２上に搭載されたモータ７を備え、モータ７を駆動源とした作業部である。各作業部６はモータ７の出力軸に取り付けられたブレード８を有している。モータ７の出力軸は上下方向を指向し、ブレード８は本体２下において水平面上で回転して地面上の芝を刈る。３つのブレード８の回転中心（３つのモータ３の配置）は三角形の各頂点に位置しており、そのうちの一つは、車幅中心で前方に位置し、残りの二つは、車幅方向に離間して後方に位置している。

本体２には、バッテリ９及び制御ユニット１０が搭載されている。バッテリ９はモータ７等に電力を供給する電源である。制御ユニット１０は作業機１を制御する電気回路である。

図２は作業機１の電気系のブロック図である。制御ユニット１０は、ＣＰＵに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとの入出力インタフェース、モータ７のドライブ回路等を含む。記憶デバイスにはプロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。

制御ユニット１０は、操作部５に対する操作が検知されるとモータ７を駆動する。モータ７は本実施形態の場合、ＡＣモータであるがＤＣモータであってもよい。各モータ７には、その出力軸の回転数（回転速度）を検知する回転数センサ１２が個別に設けられている。回転数センサ１２は例えばロータリエンコーダである。制御ユニット１０は回転数センサ１２の検知結果に基づいて、例えばＰＷＭ制御によって各モータ７の回転数（回転速度）を制御する。各モータ７には、また、電流センサ１１が個別に設けられている。電流センサ１１はモータ７に供給される電流を検知する。制御ユニット１０は電流センサ１１の検知結果から、各モータ７の負荷を判別する。

＜制御例＞
制御ユニット１０のプロセッサが実行する処理例について説明する。制御ユニット１０は、操作部５に対する操作に応じて各モータ７を駆動する。各モータ７は基本的に一定の回転数で駆動される。芝の密集地等では作業部６の駆動源であるモータ７の負荷が増大する。モータ７が過負荷状態になると制御ユニット１０はモータ７の駆動を停止する。モータ７が唐突に停止しないよう、負荷が閾値に達すると本実施形態では作業者にアラートを発する。そのアラートとして、モータ７間の回転数差によるうなり音を利用する。

図３は制御ユニット１０のプロセッサが実行する処理例を示すフローチャートである。制御ユニット１０は操作部５に対する操作により作業者から各作業部６の駆動が指示されている間、同図の処理を実行する。

Ｓ１では、全モータ７を所定の回転数で駆動する。Ｓ２では各モータ７の負荷を判別する。負荷の判別は、本実施形態の場合、各モータ７の電流センサ１１の検知結果に基づいて行う。Ｓ３ではＳ２で判別した各モータ７の負荷が閾値ＴＨ１に達したか否かを判定する。より具体的にいえば、いずれか一つのモータ７の電流値が閾値ＴＨ１以上か否かを判定する。

すべてのモータ７の負荷が閾値ＴＨ１未満であればＳ１へ戻り、全モータ７の定回転数駆動を継続する。いずれか一つのモータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上であればＳ４へ進む。Ｓ４では、Ｓ２で判別した各モータ７の負荷が閾値ＴＨ２（＞ＴＨ１）に達したか否かを判定する。より具体的にいえば、いずれか一つのモータ７の電流値が閾値ＴＨ２以上か否かを判定する。すべてのモータ７の負荷が閾値ＴＨ２未満であればＳ５へ進み、回転数変更制御を行う。いずれか一つのモータ７の負荷が閾値ＴＨ２以上であればＳ６へ進み、各モータ７に対する電力の供給を停止し、全モータ７の回転を停止する。

Ｓ５の回転数変更制御では、少なくともいずれか一つのモータ７の回転数を変更して、うなり音を発生させる。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は回転数変更制御の一例を示している。本実施形態の場合、一つのモータ７の回転数を図４（Ａ）に例示するように変更し、残り二つのモータ７の回転数は図４（Ｂ）に例示するように維持する。回転数ＶはＳ１で制御される定速時の回転数である。

図４（Ａ）の例では、モータ７の負荷の増大に応じて間欠的に回転数を変更している。より具体的には、モータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上になると、回転数が低下される。モータ７の負荷が増大すると回転数がＶに戻される。モータ７の負荷が更に増大すると再び回転数が低下される。以降、負荷の増大に応じて繰り返される。

このように一つのモータ７の回転数を変動させると、定速で回転する残り二つのモータ７との回転数差によって、図４（Ｃ）に示すようにうなり音を発生させることができる。このうなり音はモータ７の回転数に起因するモータ７又は周辺の振動の共振によって生じる。図４（Ａ）に示すように回転数の変更はモータ７の負荷増大に応じて間欠的に行われるため、うなり音もモータ７の負荷増大に応じて強弱が変動する。いずれか一つのモータ７の負荷が閾値ＴＨ２以上となると全モータ７が停止される。

作業者としては、過負荷により全モータ７が停止される前に、うなり音によって負荷が増大していることを認識することができる。モータ７間の回転数差を利用したうなり音でアラートを発することで、表示器やスピーカ等の専用デバイスが不要となる。

なお、モータ７の変更回転数は、事前の実験により特定することができる。特定の際、発生されるうなり音は１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度の周波数であれば、作業者に認識され易い。また、図４（Ａ）のように回転数を変更する対象となるモータ７は、負荷が閾値ＴＨ１に達しているモータ７でもよいし、別のモータ７であってもよい。本実施形態のように３つのモータ７を三角形の各頂点に配置した構成においては、前方のモータ７の回転数を変更し、後方の二つのモータ７の回転数は維持してもよい。芝刈りの能力が左右で大きくずれることを防止できる。

＜変更制御の他の例１＞
Ｓ５の回転数変更制御における変更パターンは図４（Ａ）の例に限られない。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は回転数変更制御の別の例を示している。本例の場合、一つのモータ７の回転数を図５（Ａ）に例示するように変更し、残り二つのモータ７の回転数は図５（Ｂ）に例示するように維持する。

図５（Ａ）の例では、モータ７の負荷の増大に応じて連続的に回転数を変更している。より具体的には、モータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上になると、回転数が低下される。モータ７の負荷が増大すると回転数がＶに近づくように連続的に上昇される。

このように一つのモータ７の回転数を変動させると、定速で回転する残り二つのモータ７との回転数差によって、図５（Ｃ）に示すようにうなり音を発生させることができる。図５（Ｃ）の例ではうなり音の音量が変化している。うなり音の周波数を変化させることも可能である。

図５（Ａ）の例では、モータ７の負荷の増大に応じて連続的に回転数が上昇するようにしたが、逆に低下するようにしてもよい。その際、モータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上になると、回転数をＶよりも上昇させた後、Ｖに近づくように低下させてもよい。

＜変更制御の他の例２＞
図４（Ａ）及び図５（Ａ）の例では、三つのモータ７のうちの一つのモータ７の回転数を変更したが、二つ、或いは、全部のモータ７の回転数を変更してもよい。その際、モータ間でモータ７の回転数の変更の仕方が異なっていてもよい。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は三つのモータ７のうちの二つのモータ７の回転数を変化させ（図６（Ａ）及び図６（Ｂ））、残り一つのモータ７の回転数は、Ｖに維持する例を示している。

図６（Ａ）の例では、図４（Ａ）の例と同様、モータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上になると、回転数が低下される。モータ７の負荷が増大すると回転数がＶに戻される。モータ７の負荷が更に増大すると再び回転数が低下される。以降、負荷の増大に応じて繰り返される。図６（Ｂ）の例では、図６（Ａ）と回転数の変化が逆になっている。モータ７の負荷が閾値ＴＨ１以上になると、回転数が上昇される。モータ７の負荷が増大すると回転数がＶに戻される。モータ７の負荷が更に増大すると再び回転数が上昇される。以降、負荷の増大に応じて繰り返される。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、三つの作業部６を備えた作業機１を例示したが、作業部６の数（モータ７の数）は二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。また、上記実施形態では作業機１として歩行芝刈機を例示したが乗用芝刈機等、他の種類の芝刈機であってもよく、また、作業部として複数のオーガを備えた除雪機、作業部として複数の清掃部を備えた路上清掃機等、他の種類の作業機であってもよい。

＜実施形態のまとめ＞
１．上記実施形態の作業機(1)は、
モータ(7)を駆動源とした複数の作業部(6)と、
前記複数の作業部(6)の各モータ(7)を制御する制御手段(10)と、を備え、
前記制御手段(10)は、
いずれか一つの前記モータの負荷が第一の負荷(TH1)に達した場合に、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を変更して、うなり音を発生させる(S5)。
この実施形態によれば、作業者がモータの負荷状態を認識し易い作業機を提供することができる。うなり音を発生させることで、専用の表示器やスピーカが不要である。

２．上記実施形態では、
前記制御手段は、いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷(TH1)よりも大きい第二の負荷(TH2)に達した場合、前記各モータに対する電力の供給を停止する(S6)。
この実施形態によれば、モータが過負荷状態に至ったらその停止を行うとともに、その手前で負荷が増大していることをうなり音で作業者に知らせることができる。

３．上記実施形態の作業機(1)は、
前記各モータ(7)に供給される電流を検知するセンサ(11)を備え、
前記制御手段(10)は、前記センサの検知結果に基づいて、前記モータの負荷を判別する。
この実施形態によれば、センサによって負荷を判別することができる。

４．上記実施形態では、
前記制御手段(10)は、
いずれか一つの前記モータ(7)の負荷が前記第一の負荷(TH1)に達するまでは、前記各モータを同じ回転数に制御する(S1)。
この実施形態によれば、通常時は各作業部を同条件で駆動させてうなり音が実質的に無い状態とし、モータの負荷上昇によるうなり音の発生を作業者に認識させやすくすることができる。

５．上記実施形態では、
前記制御手段(10)は、
いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷に達した後、前記モータの負荷の増大に応じて、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を間欠的に変更する。
この実施形態によれば、負荷の増大にともなってうなり音の発生が間欠的になり、うなり音の発生を作業者に認識させやすくすることができる。

６．上記実施形態では、
前記制御手段(10)は、
いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷に達した後、前記モータの負荷の増大に応じて、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を連続的に変更する。
この実施形態によれば、負荷の増大にともなってうなり音の音量又は周波数が変化し、うなり音の発生を作業者に認識させやすくすることができる。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１ 作業機、６ 作業部、７ モータ、１０ 制御ユニット

Claims (6)

1. モータを駆動源とした複数の作業部と、
   前記複数の作業部の各モータを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   いずれか一つの前記モータの負荷が第一の負荷に達した場合に、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を変更して、うなり音を発生させる、
   ことを特徴とする作業機。
2. 請求項１に記載の作業機であって、
   前記制御手段は、いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷よりも大きい第二の負荷に達した場合、前記各モータに対する電力の供給を停止する、
   ことを特徴とする作業機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の作業機であって、
   前記各モータに供給される電流を検知するセンサを備え、
   前記制御手段は、前記センサの検知結果に基づいて、前記モータの負荷を判別する、
   ことを特徴とする作業機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御手段は、
   いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷に達するまでは、前記各モータを同じ回転数に制御する、
   ことを特徴とする作業機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御手段は、
   いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷に達した後、前記モータの負荷の増大に応じて、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を間欠的に変更する、
   ことを特徴とする作業機。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御手段は、
   いずれか一つの前記モータの負荷が前記第一の負荷に達した後、前記モータの負荷の増大に応じて、少なくともいずれか一つの前記モータの回転数を連続的に変更する、
   ことを特徴とする作業機。

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