JP5744781B2 - 草刈機 - Google Patents

Description

本発明は、農道や畦などで法面の雑草刈り、草地での牧草刈り等ができる草刈機に関するものである。

走行しながら回転する刈刃によって草を刈る草刈機として特許文献１に開示された歩行型草刈機がある。
この草刈機は、ハウジング内に縦軸心周りに回転駆動される刈刃を軸支収容した草刈部に、前後の走行車輪及び操縦ハンドルを装備していると共に、前記草刈部の上部にエンジンを搭載している。

前記草刈部には、縦向き姿勢に配備されていてエンジンの動力により回転駆動される駆動軸と、この駆動軸に固定された円板状の回転基板とが設けられ、刈刃は回転基板の外周部に枢支されていて、駆動軸によって回転基板が回転駆動されることにより縦軸心周りに回転する。
エンジンの出力軸は遠心クラッチを介して入力軸に断続自在に動力伝達され、この入力軸には機械ブレーキが装備され、この入力軸から刈刃の駆動軸に動力が伝達される。

この歩行型草刈機にあっては、操縦ハンドルに上方に付勢されたアクセルレバーが設けられ、このアクセルレバーの基部に２本の操作ワイヤが接続され、一方の操作ワイヤがエンジンに備えられた調速機構に連係され、他方の操作ワイヤが前記機械ブレーキに連係されている。
そして、アクセルレバーを上方付勢力に抗して引下げ揺動操作することで両操作ワイヤを共に引き操作して、エンジンの回転速度を高めるとともに機械ブレーキを解除することができ、エンジン回転速度が高まると、遠心クラッチが作動して入力軸に動力が伝達され、刈刃および走行車輪が駆動される。また、アクセルレバーの操作力を解除すると、アクセルレバーが上方に復帰揺動してエンジンはアイドリングまで回転低下し、遠心クラッチが切れて走行系および刈刃駆動系への動力伝達が遮断されるとともに、機械ブレーキの作動によって入力軸が制動されて刈刃の慣性回転が停止される。

なお、この特許文献１にはエンジンの代わりに電動モータを利用することが開示されている。

特開２００７−０５３９９３号公報

前記従来の草刈機にあっては、動力回転する刈刃を停止させるためのクラッチが必要とされる。また、動力回転する刈刃を停止させる際に刈刃への動力伝達を遮断しても、刈刃の慣性モーメントが大きいことから、刈刃を速やかに停止させるのに機械ブレーキが必要である。また、慣性回転する刈刃を制動するために大きな制動力が必要とされ、そのために、ブレーキ解除力（アクセルレバーの操作力）を高くする必要がある。

また、刈刃を駆動させる際において、刈刃が目標回転数まで急激に上昇すると、加速トルクが大となって動力伝達系の耐久性に問題がある。
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、動力回転する刈刃を停止させるためのクラッチが不要であり、慣性回転する刈刃を制動する機械ブレーキが不要又は機械ブレーキを採用する場合でも該機械ブレーキの操作力を低くすることができ、しかも、動力伝達系の耐久性に優れた草刈機を提供することを課題とする。

前記技術的課題を解決するために本発明が講じた技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
請求項１に係る発明では、走行しながら回転する刈刃によって草を刈る草刈機であって、 刈刃を回転駆動する電動モータと、この電動モータを制御するモータコントローラと、手動操作によってＯＮ又はＯＦＦに切り換えられることにより電動モータを回転又は停止させる始動スイッチとを備え、前記モータコントローラは、始動スイッチをＯＮした際に電動モータの回転を目標回転数までスローアップさせるスローアップ指令を出力する回転数制御手段と、始動スイッチをＯＦＦした際に電動モータを発電動作させて制動するブレーキ制御手段とを有するとともに、始動スイッチ（Ｓ）をＯＮした後に、所定時間遅れて電動モータ（Ｍ）が始動するよう制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、走行しながら回転する刈刃によって草を刈る草刈機であって、刈刃を回転駆動する電動モータと、この電動モータを制御するモータコントローラと、手動操作によってＯＮ又はＯＦＦに切り換えられることにより電動モータを回転又は停止させる始動スイッチとを備え、前記モータコントローラは、始動スイッチをＯＮした際に電動モータの回転を目標回転数までスローアップさせるスローアップ指令を出力する回転数制御手段と、始動スイッチをＯＦＦした際に電動モータを発電動作させて制動するブレーキ制御手段とを有し、前記スローアップ指令の始点の回転数指令値が、０〜目標回転数の間の低回転域で且つ０より大の所定回転数に設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、ブレーキ制御手段は、制動時に電動モータによって発電された電力をバッテリに充電させることを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項１、２に係る発明によれば、刈刃を駆動するのに電動モータを採用すると共に、動力回転する刈刃を停止させるのに電動モータを発電動作させて制動するようにしたので、動力回転する刈刃を停止させるためのクラッチが不要であり、慣性回転する刈刃を制動するための機械ブレーキが不要又は該機械ブレーキを採用する場合でも該機械ブレーキの操作力を低くすることができる。

また、始動スイッチをＯＮした際に電動モータをスローアップさせることにより、加速トルクを制限でき、これにより動力伝達系の耐久性を向上させることができる。また、刈刃を不意（不慮）に起動させても急には起動しないので、直ぐに停止させることができ、また、スローアップさせることで消費電流を抑えることができる。
請求項１に係る発明によれば、始動スイッチをＯＮにしても刈刃が直ぐには起動しないので、不慮の操作によって、作業操作レバーを操作した場合に、すぐに解除すれば刈刃を起動させることがないという効果を奏する。

請求項２に係る発明によれば、性能が要求される超低速での制御をする必要がなく、モータコントローラを安価に構成することができる。
請求項３に係る発明によれば、制動時に電動モータによって発電された電力をバッテリに充電させることにより、バッテリの使用時間を延ばすことができ、省エネになる。

本発明の実施形態を示す全体平面図である。 同全体側面図である。 同主要部の平面図のである。 駆動機構の断面正面図である。 駆動機構の断面側面図である。 駆動機構の断面平面図である。 操縦ハンドル手元部の拡大平面図である。 操縦ハンドル手元部の拡大側面図である。 牽制手段の拡大側面図である。 草刈機全体の概略構成図である。 草刈機の主要動作を示すフローチャートである。 ドループ特性を持った電動モータを採用した草刈機における電動モータの特性線と、本発明の草刈機における電動モータの特性線との比較を示す特性図である。 本発明における電動モータの指令回転数の制御マップである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜６において、法面の草を刈り取り可能な歩行型草刈機１は、大別して、前後車輪２を縣架した走行機体Ｆと、出力軸Ｍ１が縦向きの電動モータＭと、この電動モータＭの動力を刈刃体３を取り付けた刈刃軸４(刈刃の駆動軸)と前後軸５とに伝達する駆動機構Ｋと、走行機体Ｆに先端が取り付けられた操縦ハンドルＨと、電動モータＭを制御するモータコントローラＤと、電動モータＭ及びモータコントローラＤへ電力を供給するバッテリＢとを備えている。

なお、前記操縦ハンドルＨの旋回姿勢を図１に２点鎖線で示す向きにセットした状態が、作業者が伴走し易い標準作業状態であり、説明の便宜上、走行方向を前後方向（図１の左右方向）とし、操縦ハンドルＨが偏在する側を走行機体Ｆの左側、その反対側を右側と呼称する。
前記走行機体Ｆは、左右側壁２０を連結板２１及び前後取っ手２２で連結し、連結板２１に駆動ケース２３を挿入配置する開口２４を形成し、駆動ケース２３を側方から跨ぐように平面視略Ｖ字状のパイプ枠２５を連結板２１の上面に固定して形成されている。連結板２１は前後方向複数枚で形成してもよい。

前記パイプ枠２５は一方（左側）の側壁２０から突出しており、この突出部に操縦ハンドルＨを取り付ける支持台２６が設けられている。
図３〜６において、駆動ケース２３は上方から開口２４に挿入して左右側壁２０及び連結板２１に取り付けており、該駆動ケース２３の上部に電動モータＭが取り付けられ、出力軸Ｍ１が内部に挿入されている。

この電動モータＭは例えば、インバータ制御されるブラシレスモータ等の三相誘導電動機が採用されており、刈刃体３の回転数及び回転方向等の制御はインバータ等を内蔵したモータコントローラＤを介して行われる。
前記駆動ケース２３には、出力軸Ｍ１の直下に駆動伝達軸１３と刈刃軸４とが回転自在に支持されている。駆動伝達軸１３は出力軸Ｍ１と筒カップリング２７を介して直結され、刈刃軸４とは刈刃クラッチＣを介して動力断接可能に連結されている。

前記刈刃クラッチＣは、駆動伝達軸１３の下部に固定された上クラッチ体Ｃ１と、刈刃軸４の上部に軸方向摺動自在に嵌合された下クラッチ体Ｃ２とを有し、刈刃シフタ２８で下クラッチ体Ｃ２を上動させて上クラッチ体Ｃ１と咬合させることにより、動力伝達可能になるように構成されている。前記刈刃シフタ２８はシフタ軸２８Ａに取り付けられており、シフタ軸２８Ａは駆動ケース２３の外部から刈刃レバー２８Ｂで回動可能になっている。

刈刃軸４は駆動ケース２３に軸受１５及びオイルシール１６を介して支持され、その下部は駆動ケース２３の下端から下方に突出しており、その下部には刈刃体３が着脱自在に取り付けられている。
この刈刃体３は、刈刃軸４に嵌合する中央のボス部３Ａに支持体３Ｂを固着し、この支持体３Ｂの上面に周方向等間隔に羽根３Ｃを立設し、前記支持体３Ｂの外周部に周方向等間隔に複数本の刈刃３１を刈刃ピン３０を介して揺動可能に設けている。

支持体３Ｂは円板で形成され、ボス部３Ａに固着した中央部が中高になっていて、径外方向にいくに従って下向き傾斜したテーパ形状となっている。
支持体３Ｂの外周部には、１８０度偏位した２箇所に刈刃ピン３０が貫通する（刈刃３１の基部を枢支する）基台７４が上向き突出状に固着されている。前記基台７４は支持体３Ｂの外周部に９０度又は１２０度偏位した４箇所又は３箇所に設けてもよい。

前記刈刃３１は、刈刃ピン３０に嵌合する孔を形成した基部から斜め上向きに延びる上向き用刈刃３１Ｕと、基部から斜め下向きに延びる下向き用刈刃３１Ｄを各箇所に１組づつ配置しており、これら刈刃３１Ｕ、３１Ｄの、刈刃体３回転方向前縁側に刃部が形成されている。
各刈刃ピン３０は上下で１組となる頭付きピン３０Ｕ、３０Ｄで形成されている。

前記刈刃体３は、基台７４の上側に上向き用刈刃３１Ｕを配置し、上方から上頭付きピン３０Ｕを上向き用刈刃３１Ｕに貫通すると共に基台７４内まで挿入し、支持体３Ｂの下
面側に下向き用刈刃３１Ｄを配置し、下方から下頭付きピン３０Ｄを下向き用刈刃３１Ｄに貫通すると共に基台７４内まで挿入し、ピン３０Ｕ，３０Ｄを抜止具によって抜止めすることで組立てられる。

刈刃体３の羽根３Ｃは、草を拡散しかつ刈刃軸４への草の巻き付きを防止するものであり、支持体３Ｂ上の刈刃３１間に立設配置されており、刈刃３１が１８０度間隔であるのでそれから９０度偏位した２箇所に設けられている。
この羽根３Ｃは略三角形状であって、平板材を打ち抜き加工し、その径外端の側縁をＬ字状に屈曲しており、放射方向途中部に周方向の空気流通を可能にする風穴部Ｃｂが形成されている。

駆動ケース２３の下部には刈刃体３を覆う刈刃カバー２９が設けられ、刈刃体３はこの刈刃カバー２９の下方から侵入して近接配置されている。
刈刃カバー２９は、板金で小皿形状に形成され、外周部に下方に突出した円筒状の外周包囲部２９ａが形成されている。
前記駆動伝達軸１３、筒カップリング２７、刈刃軸４及び刈刃クラッチＣは、出力軸Ｍ１の駆動力を刈刃体３に直に伝達する駆動機構Ｋの刈刃動力伝達手段Ｋ２を構成しており、電動モータＭの出力軸Ｍ１から刈刃軸４までは同心でかつ直線的に動力を伝達する短絡的かつ簡潔な構造になっている。

前記駆動伝達軸１３の上下中途部にはウオームギヤ１３Ａが設けられており、このウオームギヤ１３Ａに変速軸３３に遊嵌したウオームホイール３３Ａが噛合し、同じく変速軸３３に遊嵌した第１ギヤ３３Ｂがウオームホイール３３Ａの側面に咬合しながらベベルピニオン軸３４に設けた第２ギヤ３４Ａと噛合し、この第２ギヤ３４Ａを外嵌固定したベベルピニオン軸３４の先端のベベルピニオン３４Ｂは前後進軸３５に遊嵌した一対のベベルギヤ３５Ａ、３５Ｂと常時噛合している。

前後進軸３５には前後進咬合体３６が一体回動自在にかつ軸方向摺動自在に嵌合しており、シフタ３６Ａを介して前後進咬合体３６をベベルギヤ３５Ａ、３５Ｂに対して択一的に咬合させることにより、ベベルピニオン軸３４の回転を前後進軸３５に前進方向又は後進方向に切り換えて伝達する。
シフタ３６Ａはシフタ軸３６Ｂに取り付けられ、このシフタ軸３６Ｂの端部にはワイヤ連結部材３６Ｃが取り付けられ、ワイヤ連結部材３６Ｃに連結される２本のワイヤの引っ張り操作によって、前後進咬合体３６はベベルギヤ３５Ａ又はベベルギヤ３５Ｂに咬合すべく往復移動される。

前記変速軸３３、ベベルピニオン軸３４及び前後進軸３５は駆動ケース２３に支持され、ウオームギヤ１３Ａ及びウオームホイール３３Ａ、第１ギヤ３３Ｂ及び第２ギヤ３４Ａ、ベベルピニオン３４Ｂ及びベベルギヤ３５Ａ、３５Ｂ等は、駆動機構Ｋの走行動力伝達手段Ｋ１の減速手段Ｋ１１を構成し、ベベルピニオン３４Ｂ、一対のベベルギヤ３５Ａ、３５Ｂ及び前後進咬合体３６は走行動力伝達手段Ｋ１の前後進切換手段Ｋ１２を構成している。

一方（右側）の側壁２０は内部空洞のチェーン伝動ケースを形成しており、前後進軸３５の一端は駆動ケース２３から突出して該一方の側壁２０内に挿入され、このチェーン伝動ケース（側壁２０）内に挿入された前後進軸３５の部分に駆動スプロケット３５Ｃが設けられている。
前記前後軸５は左右側壁２０の前後に貫通支持され、それぞれの端部に前後車輪２が装着されており、前後軸５のチェーン伝動ケース（側壁２０）内を貫通した部分には従動スプロケット３７が設けられている。前記駆動スプロケット３５Ｃ、従動スプロケット３７及びテンションスプロケット３８Ａ及びアイドルスプロケット３８Ｂにはチェーンが巻き掛けられ、前後進軸３５の動力を前後車輪２に伝達するチェーン伝動手段Ｋ１３を構成している。

駆動伝達軸１３から減速手段Ｋ１１及び前後進切換手段Ｋ１２を経てチェーン伝動手段Ｋ１３までは駆動機構Ｋの走行動力伝達手段Ｋ１となっており、この走行動力伝達手段Ｋ１は駆動伝達軸１３の右側方に配置され、走行機体Ｆにおける操縦ハンドルＨの配置とは
反対側になっている。
前記前後輪２、前後軸５、チェーン伝動手段Ｋ１３等によって草刈機１の走行装置が構成されている。

図１〜３において、電動モータＭの前方の左右側壁２０及び連結板２１上には載置台４１が取り付けられ、この載置台４１上に電動モータＭへ電力を供給するバッテリＢが載置され、掛け止め具４２によって止められている。
このバッテリＢは、例えば、リチウムイオンバッテリが使用されている。
電動モータＭの後方の左右側壁２０間でかつ連結板２１上には電動モータＭを制御（作動）するモータコントローラＤが取り付けられている。

前記バッテリＢ及びモータコントローラＤの配置は前後逆にしてもよく、また、長時間の草刈作業を可能にするために、バッテリＢを電動モータＭの前後両方に搭載してもよい。
図１〜３において、操縦ハンドルＨは丸パイプ材からなり中途部で折畳み可能に形成されたハンドル本体Ｈ１の手元部（遊端側）にループハンドル部Ｈ２を、先端部にヨーク部Ｈ３をそれぞれ有しており、ヨーク部Ｈ３は支持台２６に縦軸４５回り及び横軸４６回り揺動自在に支持されている。

前記支持台２６に縦軸４５が回動自在に支持され、この縦軸４５の上部に横軸４６を介してヨーク部Ｈ３が回動自在に支持され、縦軸４５の外周面に略Ｌ字状の案内板４７が固定されている。
操縦ハンドルＨは、横軸４６回りに上下に揺動させると共に揺動させた位置で案内板４７にロックすることにより、走行機体Ｆから外上向き傾斜した揺動角を設定可能とされている。

また、操縦ハンドルＨは、縦軸４５回りに回動させると共に回動させた位置で支持台２６に対してロックすることにより、走行機体Ｆに対する水平方向の旋回角を設定可能とされている。
図７、図８、図１０に示すように、前記操縦ハンドルＨのハンドル本体Ｈ１の手元側端部には取付板６０が固定され、この取付板６０の外面にループハンドル部Ｈ２を形成するＣ字形状のパイプ材の中央部が固着されていると共に、バッテリＢの電池管理ユニット（ＢＭＵ）６１に接続された電源スイッチ６２が設けられている。

前記電源スイッチ６２はオンすることにより電池管理ユニット６１でバッテリＢからモータコントローラＤへの電力供給を行い、モータコントローラＤから電動モータＭへの制御電流は始動スイッチＳで供給するようになっている。
この始動スイッチＳは、スイッチ本体１０と接触片１０ａとを有し、ループハンドル部Ｈ２の近傍でハンドル本体Ｈ１上に設けられている。この始動スイッチＳの接触片１０ａはハンドル本体Ｈ１上に設けた連動部材１１によって押動可能になっている。

連動部材１１は帯板を側面視Ｓ字状に屈曲して形成され、その基部はハンドル本体Ｈ１上に枢支された横バー６４に枢支され、先端が接触片１０ａに下方から当接している。
ループハンドル部Ｈ２を形成するＣ字形状パイプ材の両端はハンドル本体Ｈ１を挟んで対向しており、この両端に作業操作レバー７が回動自在に支持されている。
作業操作レバー７は、ループハンドル部Ｈ２と略相似形のＣ字形状パイプ材７ａと、このパイプ材７ａの両端に固着されていてループハンドル部Ｈ２の両端に回動自在に嵌合したアーム材７ｂとを有し、両端のアーム材７ｂ間に亘ってパイプ又は丸棒製の作用片８が架設されており、この作用片８は連動部材１１の長手方向中途部の下方に位置している。

ループハンドル部Ｈ２及び作業操作レバー７はそれぞれ外端側が作業者把持用の把持部となっており、作業操作レバー７は作用片８とハンドル本体Ｈ１との間に張設された引っ張りスプリング６３によって、把持部がループハンドル部Ｈ２の把持部から離れた姿勢となっている。
作業操作レバー７は把持部をループハンドル部Ｈ２の把持部に近づけるように揺動することにより、アーム材７ｂがループハンドル部Ｈ２の両端部回りに回動し、作用片８が上向きに円弧移動し、そして連動部材１１と当接してこれを押し上げ（図９に２点鎖線で示
す）、連動部材１１の先端で接触片１０ａを押動して始動スイッチＳを作動させる。前記連動部材１１は作用片８の小曲率円弧の移動を大曲率円弧の移動に変換し、その先端を垂直に近い上下移動として接触片１０ａを適正に押し上げるようになっている。

前記ハンドル本体Ｈ１の上部には作業操作レバー７の揺動を牽制及び解除する牽制手段Ｒが設けられている。この牽制手段Ｒは、横バー６４に設けられた牽制部材９と、牽制部材９を牽制位置に付勢する戻し手段（戻しスプリング）６７とを有する。
牽制部材９は、横バー６４から前方突出していてその先端側が作用片８と係合する係合部９ａと、この突出部分の上面側で作用片８の移動を許容する移動許容部９ｂと、横バー６４から下方へ突出した解除レバー部９ｃとを有する。

解除レバー部９ｃには戻しスプリング６７を連結する連結ピン６６が設けられ、この連結ピン６６はハンドル本体Ｈ１の下側に延設され、解除レバー部９ｃの揺動範囲、即ち、牽制部材９の揺動範囲を設定する規制部材を兼ねている。
戻しスプリング６７の付勢力によって規制部材（連結ピン）６６がハンドル本体Ｈ１の下面に当接しているとき、牽制部材９は牽制位置にあって、係合部９ａは作業操作レバー７の揺動方向の作用片８の円弧移動軌跡上に位置し、作業操作レバー７を回動しようとすると、係合部９ａが作用片８と当接して作業操作レバー７の回動を規制する。

戻しスプリング６７に抗して解除レバー部９ｃで牽制部材９を牽制位置から下向きに回動すると、規制部材６６はハンドル本体Ｈ１の下面から一旦は離れるが再び当接して牽制部材９を先端下向きで止め、牽制部材９を解除位置に配置する。
この解除位置で係合部９ａは作用片８の円弧移動軌跡から外れて牽制を解除し、作業操作レバー７を回動すると、移動許容部９ｂが作用片８と対向し、作業操作レバー７の回動を許容して始動スイッチＳの作動を可能にする。作業操作レバー７の回動操作の前に牽制部材９を解除するという邪魔くさい操作が入るために、作業者には「今から始動スイッチＳを作動開始するのだ」という意識が喚起される。

作用片８が移動許容部９ｂに対向しているとき、解除レバー部９ｃから手を離すと、牽制部材９は戻し手段（戻しスプリング）６７によって牽制位置に付勢され、移動許容部９ｂが作用片８に当接するが、作用片８が邪魔して牽制位置まで移動することはない。
始動スイッチＳをオフにするように作業操作レバー７を戻り回動させると、または、作業操作レバー７から手を離すと、作業操作レバー７は引っ張りスプリング６３によって戻され、作用片８の邪魔が解消されて、牽制部材９は自動的にかつ無意識に牽制位置へ戻される。

前記ハンドル本体Ｈ１の上部下面には、枢支軸７０を介して前後進レバー７１が設けられている。この前後進レバー７１は、ハンドル本体Ｈ１の手元側端部の取付板６０に形成されたガイド溝によって、前進位置と後進位置とその中間の中立位置とに位置するように案内されている。
前後進レバー７１の基部材７１Ａの両端にはスプリングを介してワイヤが連結され、この各ワイヤは駆動機構Ｋの前後進切換手段Ｋ１２のワイヤ連結部材３６Ｃに連結されており、シフタ３６Ａを介して前後進軸３５上の前後進咬合体３６を摺動させることができる。

ハンドル本体Ｈ１の中途部上面には、電動モータＭの回転数を高低２段（又は３段以上の有段、或いは無段階）に切り換える回転数切換スイッチ６９が設けられており、この回転数切換スイッチ６９は、モータコントローラＤに接続されている。
モータコントローラＤは、電動モータＭへ電力を供給して起動させる基本機能の他に、図１０に示すように、電動モータＭの正逆回転を切り換える正逆回転制御手段Ｄ１と、電動モータＭの回転数を切換スイッチ６９で設定した回転数に切り換える高低切換制御手段Ｄ２と、電動モータＭの始動時にスローアップ指令を出力して電動モータＭの回転数を目標回転数までスローアップ（ゆっくり増速）させると共に目標回転数で一定回転させる回転数制御手段Ｄ３と、電動モータＭを停止するときに電動モータＭを発電動作させて速やかに回転数を落として制動するブレーキ制御手段Ｄ４と、電動モータＭの過負荷を検出する過負荷検出手段Ｄ５と、電動モータＭを強制的に停止させるモータ停止手段Ｄ６とを備
えている。

前記ブレーキ制御手段Ｄ４は、電動モータＭの制動時に発電された電気を抵抗器等を通して熱として排出させる発電ブレーキ回路、又は、電動モータＭの制動時に発電された電気をバッテリＢに戻して充電させる回生ブレーキ回路を有する。
前記過負荷検出手段Ｄ５は、電動モータＭの駆動電流値が異常な値を示したことを検出することにより電動モータＭの過負荷状態を検出するものであってもよいし、回転センサＳＥによって、電動モータＭの出力軸Ｍ１の回転数が０又は０に近い回転数となったことを検出することにより、電動モータＭの過負荷状態を検出するものであってもよい。

また、モータコントローラＤには、電動モータＭの出力軸Ｍ１の回転数を検出する回転センサＳＥと、手動操作によって電動モータＭを逆転させるための逆転スイッチＲＳとが接続されている。
ところで、刈刃を回転駆動させるのに電動モータを採用した草刈機において、負荷の増大に比例して回転数が低下するドループ特性を有する電動モータを採用したものにあっては、作業負荷（草刈り負荷）が大きくなるにつれてモータ回転数が下がる。また、バッテリの放電が進むにつれて端子電圧が低下してモータ回転数が下がる。

このため、このドループ特性を有する電動モータを採用した草刈機にあっては、刈刃の周速を維持するため、モータ回転数の低下を見越して、作業負荷のない空転時におけるモータ回転数を高くセットする。
一方、刈刃が取り付けられた回転基板には草の巻付き防止用の羽根が取り付けられているので、この草巻付き防止用の羽根が刈刃回転の抵抗となる。

したがって、電動モータの回転数（刈刃の回転）を高く設定すると、作業負荷のない空転時や軽負荷作業時において、草巻付き防止用の羽根による刈刃回転の抵抗のため、刈刃の回転を維持させるための所要動力が高くなって消費電力が大となる、また、草巻付き防止用の羽根による騒音(風切り音)が高いといった問題が生じる。
そこで、本実施形態の草刈機１にあっては、基本的に、草刈り作業に必要な最低回転数を維持するように電動モータＭの回転数をモータコントローラＤによって一定回転制御している。具体的には、電動モータＭの回転数を、軽負荷作業と重負荷作業との間の通常負荷作業にてバッテリＢの放電終止電圧で回転維持できる回転数（例えば、３２００ｒ／ｍｉｎ〜３５００ｒ／ｍｉｎ）にモータコントローラＤによって一定回転制御している。

これによって、作業負荷のない空転時や軽負荷作業時でも、無駄に回転数が上昇せず、結果、所要動力を軽減することができ、電力消費と騒音とを抑えることができる草刈機１を提供することができる。
本実施形態におけるバッテリＢとして、例えば、公称電圧が３６Ｖ（満充電電圧：４２Ｖ、放電終止電圧：３０Ｖ）のバッテリＢが採用される。

図１２にドループ特性を持った電動モータを採用した草刈機における電動モータの特性線と、本発明の草刈機における電動モータの特性線との比較を示す。この図１２では電動モータの駆動電流値を縦軸とし、電動モータの回転数を横軸としている。
図１２において、特性線Ｗ１は作業負荷のない空転時における駆動電流値に対するモータ回転数の変化を示す特性線であり、特性線Ｗ２は軽負荷作業時における駆動電流値に対するモータ回転数の変化を示す特性線であり、特性線Ｗ３は重負荷作業時における駆動電流値に対するモータ回転数の変化を示す特性線である。

また、特性線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、ドループ特性を持った電動モータのドループ特性線であって、作業負荷が上げるとモータ回転数が徐々に下がると共に駆動電流値が上がるドループ特性線を示している。ドループ特性線Ｘ１は電動モータの回転数を空転時において３６００ｒ／ｍｉｎにセットした場合のドループ特性線であり、ドループ特性線Ｘ２は電動モータの回転数を空転時において４２００ｒ／ｍｉｎにセットした場合のドループ特性線であり、ドループ特性線Ｘ３は電動モータの回転数を空転時において４８００ｒ／ｍｉｎにセットした場合のドループ特性線である。

また、特性線Ｙ１，Ｙ２は本発明における電動モータＭの特性線であって、作業負荷の大きさに関わらずモータ回転数を一定に保つアイソクロナス特性線を示している。
特性線Ｙ１は、電動モータＭの回転数を軽負荷作業と重負荷作業との間の通常負荷作業にてバッテリＢの放電終止電圧で回転維持できる回転数（基本の目標回転数）に一定回転制御する場合のアイソクロナス特性線であり、特性線Ｙ２は、前記基本の目標回転数よりも高い目標回転数に一定回転制御する場合のアイソクロナス特性線である。

図例の本実施形態では、基本の目標回転数（特性線Ｙ１のモータ回転数）は、３３００ｒ／ｍｉｎとされ、基本の目標回転数よりも高い目標回転数（特性線Ｙ２のモータ回転数）は３７００ｒ／ｍｉｎとされている。
なお、基本の目標回転数は３３００ｒ／ｍｉｎの前後の値に適宜設定変更でき、基本の目標回転数よりも高い目標回転数は、基本の目標回転数と４６００ｒ／ｍｉｎとの間での値に適宜設定変更可能である。

また、基本の目標回転数よりも高い目標回転数は有段的に複数設定してもよいし、無段階で設定してもよい。
図１２からわかるように、ドループ特性線Ｘ１では、重負荷作業になるとモータ回転数が大きく低下すると共に駆動電流値が上がり、この場合、バッテリの電圧が放電終止電圧に近づくと電動モータの回転を維持できなくなる。また、ドループ特性線Ｘ２，Ｘ３では、空転時も軽負荷作業時も駆動電流値が高く、したがって刈刃の駆動動力が高い。

これに対し、特性線Ｙ１では、空転時も負荷作業時も、駆動電流値が低く、したがって刈刃３１の駆動動力が低い。また、バッテリＢの放電終止電圧まで電動モータＭの回転を維持することができる。
また、基本の目標回転数よりも高い回転数に切換自在とすることにより、草が密集した草地において草刈りをする場合などに、作業者の意志によって刈刃の駆動動力を高めることを選択でき、重負荷作業時での草刈り作業能力を十分に発揮させることができる。

また、本実施形態の草刈機１にあっては、図１３に示す電動モータの回転数の制御マップで示すように、電動モータＭを始動した後、電動モータＭの回転数を目標回転数までスローアップ（徐々に加速）させ、電動モータＭを停止する場合は、該電動モータＭを発電動作させることにより電動モータＭの回転を速やかに止めるように制御している。
図１３では、電動モータＭの回転数指令値を縦軸とし、時間を横軸としている。

また、図１３において、マップ線Ｚ１は、前述した基本の目標回転数（通常負荷作業にてバッテリＢの放電終止電圧で回転維持できる回転数）に一定回転制御する場合のマップ線であり、マップ線Ｚ２は、前述した基本の目標回転数よりも高い目標回転数に一定回転制御する場合のマップ線である。
電動モータＭを目標回転数までスローアップさせることにより、加速トルクを制限でき、これにより動力伝達系の耐久性を向上させることができる。また、刈刃を不意（不慮）に起動させても急には起動しないので、直ぐに停止させることができ、また、スローアップさせることで消費電流を抑えることができる。

また、動力回転する刈刃を停止させるのに電動モータＭを発電動作させて制動することにより、従来のような、動力回転する刈刃を停止させるためのクラッチが不要であると共に、慣性回転する刈刃を制動するための機械ブレーキが不要である。
また、電動モータＭを発電動作させて制動することと、電動モータＭの出力軸Ｍ１等をバンドブレーキ等の機械ブレーキで制動することとを併用してもよいが、この場合でも該機械ブレーキの操作力を低くすることができる。

なお、バンドブレーキを併用する場合、作業操作レバー７を上方揺動した状態でバンドブレーキが効き、作業操作レバー７を下方揺動して始動スイッチＳを作動させたときに、バンドブレーキが解除されるように、作業操作レバー７とバンドブレーキとをケーブル等の連動手段を介して連動連結する。
また、始動スイッチＳをＯＮした後に、直ぐに電動モータＭが始動するのではなく、所定時間経過後に（所定時間遅れて）電動モータＭにスローアップ指令が出力されて、電動モータＭが始動するようにしてもよい。

これにより、始動スイッチＳをＯＮにしても刈刃３１が直ぐには起動しないので、不慮の操作によって、作業操作レバー７を操作した場合に、すぐに解除すれば刈刃３１を起動
させることがないという効果を奏する。
また、本実施形態にあっては、始動スイッチＳをＯＮした際に、電動モータＭの回転数を目標回転数までスローアップさせるべく、回転数制御手段Ｄ３からスローアップ指令が出力されるが、図１３に示すように、このスローアップ指令の始点ａの回転数指令値が、０〜目標回転数の間の低回転域で且つ０より大の所定回転数に設定されている。したがって、始動時において、電動モータＭの回転数は、このスローアップ指令の始点ａの回転数指令値まで速やかに上昇する。

本実施形態では、このスローアップ指令の始点ａの回転数指令値は、５００ｒ／ｍｉｎに設定されている。
電動モータＭを超低速域で回転制御するのは性能が要求され、モータコントローラＤのコストアップを招くが、スローアップ指令の始点ａの回転数指令値を、この性能が要求される超低速域よりも高い回転数とすることにより、性能が要求される超低速での制御をする必要がなく、モータコントローラＤを安価に構成することができる。

なお、スローアップ指令の始点ａの回転数指令値は５００ｒ／ｍｉｎに限定されることはなく、また、０であってもよい。
また、ブレーキ制御手段Ｄ４は、発電ブレーキ回路によって電動モータＭの制動時に発電された電気を抵抗器等を通して熱として排出させるようにしてもよいが、回生ブレーキ回路によって電動モータＭの制動時に発電された電気をバッテリＢに戻して充電させるようにすることにより、バッテリの使用時間を延ばすことができ、省エネになる。

次に、図１０の構成図及び図１１に示すフローチャートを参照しながら歩行型草刈機１の草刈り作業を説明する。
草刈機１で草刈りをするには、先ず、電源スイッチ６２を入れて電池管理ユニット６１を介してバッテリＢからモータコントローラＤへの電力供給を可能な状態にする。
電源スイッチ６２がＯＮされると、ステップＳ１に移行し、始動スイッチＳがＯＦＦか否かが判定され、ＯＦＦでないとステップＳ２には移行しない。すなわち、電動モータＭが起動しない。これは、作業操作レバー７を下方回動させて始動スイッチＳをＯＮさせた状態で電源スイッチ６２をＯＮした場合に、電動モータＭを起動させないようにするためである。

ステップＳ１で始動スイッチＳがＯＦＦであると判定されると、ステップＳ２に移行し、始動スイッチＳがＯＮか否かが判定され、始動スイッチＳがＯＮであると判定されると（作業操作レバー７の回動により始動スイッチＳが作動されると）、ステップＳ３に移行し、回転数制御手段Ｄ３によって電動モータＭが正転駆動される。これにより、刈刃３１が回転駆動されると共に前後輪２が回転駆動されて、草刈機１が一方向に進行しながら駆動回転する刈刃３１によって草を刈る。

電動モータＭが駆動されると、ステップＳ４に移行し、回転数切換スイッチ６９によって回転数の切換えが行われた否かが判定され、回転数切換スイッチ６９によって回転数の切換えが行われない場合は、ステップＳ５に移行し、回転数切換スイッチ６９によって回転数の切換えが行われた場合は、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ５では、回転数制御手段Ｄ３によって基本の目標回転数（前述した通常負荷作業にてバッテリＢの放電終止電圧で回転維持できる回転数）に一定回転制御され、ステップＳ６では、基本の目標回転数より高い目標回転数に回転数制御手段Ｄ３によって一定回転制御される。

このとき、前述したように、電動モータＭの回転は目標回転数まで徐々に上昇する（スローアップする）ように回転数制御手段Ｄ３によって制御される。
また、この電動モータＭの回転制御は、コントローラＤから出力される回転数指令値と、回転センサＳＥによってコントローラＤにフィードバックされる電動モータＭの実際の回転数とを比較し、実際の回転数が回転数指令値に一致するように制御される。

ステップＳ７では電動モータＭが過負荷であるか否かが判定され、電動モータＭが過負荷でない（電動モータＭが正常に回転している）と判定されると、ステップＳ２に戻って電動モータＭ（草刈機１）の運転が維持される。
また、電動モータＭの駆動中に作業操作レバー７の操作力を解除して作業操作レバー７が戻り操作すると始動スイッチＳがＯＦＦとなり、ステップＳ２にて始動スイッチＳがＯＦＦであると判定され、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８にて電動モータＭの回転数が０か否かが判定され、電動モータＭが回転していると、ステップＳ９に移行してブレーキ制御手段Ｄ４からブレーキ指令が発せられ、電動モータＭが発電動作され該発電動作によって電動モータＭを制動する。
そして、ステップＳ１０で電動モータＭの回転が止まったか否かが判定され、電動モータＭの回転が止まるとステップＳ２に戻り、再び始動スイッチＳをＯＮするまで、電動モータＭの駆動が停止された状態となる。

一方、草刈り作業中（電動モータＭの駆動中）に刈刃体３の回転基部（ボス部３Ａ）に切断されていない蔓草や切断されていない丈の長い草などが巻き付いて、電動モータＭの回転が異常低下した場合（又は、刈刃３１がロックして電動モータＭの回転が止まった場合等）には、過負荷検出手段Ｄ５によって過負荷状態が検出され、ステップＳ７にて電動モータＭの過負荷状態が判定され、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、回転数制御手段Ｄ３から逆転指令が発せられ、電動モータＭが逆転し、刈刃３１を逆転させながら草刈機１が進行方向とは逆方向に移動する。巻き付いた草を解く方向に刈刃３１が回転しながら草刈機１が逆走することにより、巻き付いた草が緩んで取り除き易くなる。また、場合によって取り除くことができる。
このとき、草刈り作業中の回転数より遅い速度で電動モータＭを逆転させるようにしてもよい。このように、草刈り作業中の回転数より遅い速度で電動モータＭを逆転させることにより、草刈機１が遅い速度で逆走しながら刈刃３１が遅い速度で巻き付いた草を解く方向に回転し、これによって、巻き付いた草の巻付力を良好に弛緩させることができる。

電動モータＭの逆転動作中に、作業操作レバー７の操作力を解除して始動スイッチＳがＯＦＦになると、ステップＳ１２にて始動スイッチＳがＯＦＦになったことが判定されてステップＳ１に戻り、電動モータＭが制動されて停止する（ステップＳ９，ステップＳ１０）。その後、再び、作業操作レバー７を操作して始動スイッチＳをＯＮすると、電動モータＭは正転回転で駆動される。

また、電動モータＭが逆転動作してから始動スイッチＳがＯＮのまま所定時間が経過すると、ステップＳ１３にて該所定時間の経過が判定され、ステップＳ１４に移行し、モータ停止手段Ｄ６からモータ停止信号が発せられ、電動モータＭへの通電が遮断されて電動モータＭが強制的に停止する。なお、このとき、電動モータＭを発電動作して電動モータＭを制動するようにしてもよい。

前述のように電動モータＭが逆転してから所定時間の経過後に電動モータＭが停止するので、作業者が電動モータＭの逆転動作を意識的に停止させる必要がない。また、電動モータＭが逆転してから所定時間の経過前に作業操作レバー７の操作力を解除して始動スイッチＳをＯＦＦにすると電動モータＭが停止するので、作業者の意志によって電動モータＭの逆転動作を停止させたいときに該逆転動作を停止でき、所定時間の経過を待つ必要がなく、至便である。

電動モータＭが逆転動作してから始動スイッチＳがＯＮのまま所定時間が経過して電動モータＭが停止した後、ステップＳ１５にて始動スイッチＳがＯＮか否かが判定され、始動スイッチＳがＯＦＦになるとリセットされてステップＳ２に戻る。
前記構成の草刈機１にあっては、草刈り中に歩行型草刈機１が障害物に衝突して前進できなくなったときにも、正逆回転制御手段Ｄ１で電動モータＭを逆転させて歩行型草刈機１を後進させる。

前記草刈機１にあっては、前記逆転スイッチＲＳによって手動操作によって電動モータＭを逆転させることができる。この逆転スイッチＲＳは、例えば、ハンドル本体Ｈ１の手元側（ループハンドル部Ｈ２）に設けられる。
この逆転スイッチＲＳは、例えば、始動スイッチＳがＯＦＦのときにＯＮ操作することにより電動モータＭを逆転駆動させ、草刈り作業中より遅い速度で刈刃３１をゆっくり逆転させながら、草刈り作業中のより遅い速度で草刈機１をゆっくりと逆走させる。

逆転スイッチＲＳを設けることにより、電動モータＭの逆転動作を作業者の意志によって行え、至便である。
また、始動スイッチＳがＯＦＦのときに逆転スイッチをＯＮにし、その後、始動スイッチＳをＯＮにすることにより、電動モータＭが逆転駆動するようにしてもよい。
これによれば、電動モータＭの逆転動作を作業者の意志によって行えると共に、操作を２段階にすることにより、不慮に逆転動作するのを防止することができる。

３１ 刈刃
ａ スローアップ指令の始点
Ｂ バッテリ
Ｄ モータコントローラ
Ｄ３ 回転数制御手段
Ｄ４ ブレーキ制御手段
Ｍ 電動モータ
Ｓ 始動スイッチ

Claims (3)

1. 走行しながら回転する刈刃（３１）によって草を刈る草刈機であって、
   刈刃（３１）を回転駆動する電動モータ（Ｍ）と、この電動モータ（Ｍ）を制御するモータコントローラ（Ｄ）と、手動操作によってＯＮ又はＯＦＦに切り換えられることにより電動モータ（Ｍ）を回転又は停止させる始動スイッチ（Ｓ）とを備え、
   前記モータコントローラ（Ｄ）は、始動スイッチ（Ｓ）をＯＮした際に電動モータ（Ｍ）の回転を目標回転数までスローアップさせるスローアップ指令を出力する回転数制御手段（Ｄ３）と、始動スイッチ（Ｓ）をＯＦＦした際に電動モータ（Ｍ）を発電動作させて制動するブレーキ制御手段（Ｄ４）とを有するとともに、始動スイッチ（Ｓ）をＯＮした後に、所定時間遅れて電動モータ（Ｍ）が始動するよう制御することを特徴とする草刈機。
2. 走行しながら回転する刈刃（３１）によって草を刈る草刈機であって、
   刈刃（３１）を回転駆動する電動モータ（Ｍ）と、この電動モータ（Ｍ）を制御するモータコントローラ（Ｄ）と、手動操作によってＯＮ又はＯＦＦに切り換えられることにより電動モータ（Ｍ）を回転又は停止させる始動スイッチ（Ｓ）とを備え、
   前記モータコントローラ（Ｄ）は、始動スイッチ（Ｓ）をＯＮした際に電動モータ（Ｍ）の回転を目標回転数までスローアップさせるスローアップ指令を出力する回転数制御手段（Ｄ３）と、始動スイッチ（Ｓ）をＯＦＦした際に電動モータ（Ｍ）を発電動作させて制動するブレーキ制御手段（Ｄ４）とを有し、
   前記スローアップ指令の始点（ａ）の回転数指令値が、０〜目標回転数の間の低回転域で且つ０より大の所定回転数に設定されていることを特徴とする草刈機。
3. ブレーキ制御手段（Ｄ４）は、制動時に電動モータ（Ｍ）によって発電された電力をバッテリ（Ｂ）に充電させることを特徴とする請求項１又は２に記載の草刈機。

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