JP5948036B2 - 電気駆動原動機を備えた作業機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の電気駆動原動機を備えた作業機、特に電気式パワーチェーンソーに関するものである。

特許文献１からは、パワーチェーンソーを例とした手で操縦される作業機が知られており、その電気駆動原動機は入力電流と回転数との関係を表わす原動機特有の特性曲線を有している。電気駆動原動機には制御ユニットを介して電気エネルギーが供給され、この場合選定された最小回転数（係合回転数ｎＥ）以下では、電気駆動原動機を流れる電流は、原動機特有の特性曲線よりも下にある値に制限される。このように制限するのは、バッテリーによる電気作業機の作動中に有利であるような効果的なエネルギー節約を得るために、電動機の入力電流を全般的に制限するためである。

一般に電動機はモータ電流特性曲線またはトルク特性曲線を有しており、モータ電流特性曲線またはトルク特性曲線は、回転数が低いときには高い入力電流を示し、回転数が高いときには低い入力電流またはトルクを示す。入力電流が高ければ、電動機から出力されるトルクが高くなるので、工具を備えた電気作業機を操縦している利用者は、送り力が増大するに伴って次第に高くなる切断パワーを得る。送り力が増大し、工具が緩速になる（モータ回転数が低下する）結果、電動機はより高いトルクを出力し、それ故利用者はより高い切断パワーを感じる。電動機の特性曲線は典型的に延びているので、送り力を増大することによって効率に優れた適当な作業範囲を確実に見つけ出してこれを維持するのは利用者にとって困難である。

独国特許出願公開第１０２００６０６２３５４Ａ１号明細書

本発明の課題は、利用者が効率のよい作業機の作業範囲を簡単に見つけ出してこれを維持できるように、電気駆動原動機を備えた作業機を構成することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の構成に従って解決される。

本発明によれば、電気駆動原動機の入力電力と回転数との関係を表す制御特性曲線が予め設定され、該制御特性曲線は、作業機の工具と切断パワーと送り力との関係を表わすパワー曲線において切断パワー平坦部が形成されるように構成され、該切断パワー平坦部の右側上端は、送り力が増大するときに、負の勾配をもった曲線部分へ移行する。

制御特性曲線の構成、および、これによって得られる電動機の入力電力または入力電流は、切断パワー曲線が利用者にとって作動中に感じ取ることのできる切断パワー平坦部を形成するように設けられている。切断パワー平坦部は、切断パワーが一定またはわずかに変化する場合、送り力の帯域幅にわたって延びる。

有利には、切断パワー平坦部は小さな勾配を備え、好ましくは送り力が増大すると負の勾配を備える。熟練した利用者は、切断中に切断パワー平坦部上に作動点を簡単に見つけることができる。というのは、より大きな送り力は切断パワーを著しく低下させるからである。利用者は送り力を元に戻し、その結果切断パワー平坦部上の作動点は、不変の切断パワー曲線への移行部にあって切断パワー平坦部の始端領域にある最大パワーまで変位する。切断パワーが低下しているにもかかわらず利用者が送り力をさらに増大させると、作動点は、切断パワー平坦部の端部で、降下している曲線部分上を下方へ変位し、或いは、設定されたパワー曲線の戻り曲線部分へ移行し、これによって作業機は切断パワーを著しく失い、利用者は対応的に反応する。戻り曲線部分は、不変なパワー曲線の、切断パワー平坦部のほうへ上昇している曲線枝部とほぼ同じ勾配を有している。送り力が低下することによって、利用者は作動点を再び切断曲線の切断パワー平坦部へ戻し、その際利用者は送り力の制御を介していつでも切断パワー平坦部の一端または他端へ設定することができる。利用者は、制御ユニットの所定制御特性曲線によって、切断パワー平坦部の範囲で作業機を作動させるように促され、最適な切断パワーが得られる。

工具の作動範囲の予め設定される回転数帯域は、５００ないし２０００回転／分の帯域幅内にあり、好ましくは１０００回転／分前後の帯域幅内にある。この場合、予め設定される回転数帯域の回転数上端に接続する特性曲線部分は、数百回転／分の狭回転数帯域にわたって急激にゼロに低下する。好ましくは、前記狭回転数帯域はほぼ２００回転／分を含んでいる。特性曲線部分の急傾斜により、最高回転数での切断時に急激にトルクが高くなり、対応的に切断パワーが高くなり、その結果切断パワー平坦部範囲で作動点を迅速且つ確実に見つけ出すことができる。工具への出力回転数は、該工具を直接駆動する電動機の回転数であってよく、或いは、工具を適宜駆動する伝動装置出力軸の回転数でもよい。

制御特性曲線を、予め設定される回転数帯域の上端で、トルク曲線が部分的に原動機特有の特性曲線上で延びているように構成するのが合目的である。制御特性曲線は、負の勾配をもった曲線部分への移行部にある、予め設定される回転数帯域の上端範囲で、最大パワーの最適な作動点を特徴づけるピーク値を有している。

さらに、切断パワー平坦部の範囲の作動点で作業機を作動することにより、駆動原動機の回転数が常に該駆動原動機の十分な冷却を確保する範囲にあることが保証されている。従って、利用者は最適な切断パワー範囲で作業機を操縦するばかりでなく、熱的連続運転出力制限曲線付近の熱的に補正された作動範囲でも操縦するので、連続運転時でも電気駆動原動機の熱的損傷が阻止されている。有利には、駆動原動機の連続運転で入力される入力電力は、熱的連続運転出力制限曲線によって決定される入力電力よりもほぼ２５％上に設定されている。

駆動原動機の電気効率は、作業範囲において、電動機の最大効率の７８％よりも大きいように設定されているのが有利である。

本発明の他の構成は他の請求項、以下の説明および図面から明らかであり、以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。

電気駆動原動機によって駆動される工具を備えた作業機を、パワーチェーンソーを例にして示した図である。 回転数に対する入力電力の推移と電流・トルクの推移とを示すグラフである。 図２のグラフの部分ＩＩＩの拡大図である。 パワーチェーンソーのソーチェーンを例にした、電気駆動工具の切断パワーのグラフである。 電動機の効率と回転数との関係を示すグラフである。 工具の回転数と機械的パワーとの関係を示すパワー曲線である。

本発明は、駆動される工具８を備えた手で操縦される作業機１に関する。図１には、この種の電気作動機１の実施形態としてパワーチェーンソー１０１が図示され、その電気駆動原動機２は工具８（本実施形態ではソーチェーン１０８）を、入力原動機電流Ｉと回転数ｎとの原動機特有の特性曲線３（図２）で駆動する。この原動機特有の特性曲線３は、電気駆動原動機２から出力されたトルクＭと回転数ｎとの特徴的な推移関係をもほぼ表わしている。この場合、最大アイドリング回転数ｎ_ｍａｘでは、出力軸でのトルクＭはほぼゼロであり、他方電流Ｉは割り当てられるアイドリング電流に低下する。以下では、特性曲線３は近似的に原動機電流Ｉと回転数ｎとの関係も、トルクと回転数ｎとの関係をも表しているものとする。本実施形態では、特性曲線３は実質的に直線で表わされているが、他の特性曲線も合目的である。

手で操縦される携帯型の作業機１は、剪定ばさみ、研削切断機、刈払い機、エッジカッター、ポールカッター、噴射機、送風機または吸引機、地下穿孔機、多機能アタッチメント用コンビネーション電動機、掃除機、電動くわ、ロータリー型耕運機、芝刈り機、土かき機、チッパー、湿式または乾式吸引機、オリーブふるい落とし機等の、工具８を備えた電気作業機１である。重要なことは、電気駆動原動機２によって駆動される工具８は、所望の作業パワーを得るために作業中に利用者によって送り力Ｆで負荷されることである。送り力Ｆと工具８にもたらされるパワーＰ_Ｓ（図４）とによって駆動原動機２の回転数ｎは低下する。これは、原動機特有の特性曲線３上においては、システムの構成に基づき原動機電流Ｉがより大きくなり、よってトルクＭがより大きくなる。

図１の作業機１の電気駆動原動機２は電子制御ユニット４を介して制御され、このため電子制御ユニット４は一方ではエネルギー供給導線６により、他方では信号導線６により電気駆動原動機２と接続されている。信号導線６を介して制御信号が放出され、または、電気駆動原動機２の回転数ｎが制御ユニット４に送られる。電気駆動原動機２は有利にはブラシレス直流電動機（ＥＣモータ）であり、制御ユニット４を介してそれ自体公知の態様で電気整流されている。

図示した実施形態では、駆動原動機２を作動させるための電気エネルギーはバッテリーパック７によって供給される。バッテリーパック７は、図示した実施形態では、２ボルトと５ボルトの間の電池電圧をもった、リチウムをベースとしたシングルバッテリーから構成されている。すなわち合目的にはＬｉＩｏ電池（リチウム・イオン電池）、ＬｉＰｏ電池（リチウム・ポリマー電池）、ＬｉＦｅＰｏ４電池（リチウム・鉄・リン酸塩電池）、リチウム・チタン電池等の電池を直列および／または並列で使用する。バッテリーパック７はＮｉＣｄ電池（ニッケル・カドミウム電池）、ＮｉＭｈ電池（ニッケル・メタルハイドライド電池）等の電池から構成されていてもよい。駆動原動機２に適当な構成のバッテリーパックから給電する代わりに、制御ユニット４と給電ケーブル１０７とを介して給電網から直接電気駆動原動機２に給電するようにしてもよい。

電気駆動原動機２に特徴的なことは、図２の原動機特有の特性曲線３の推移である。回転数が高い（ｎ_ｍａｘ）場合（アイドリング回転数）、電気駆動原動機２の入力原動機電流Ｉまたは放出トルクＭは小さい。駆動される作業工具８を負荷することにより（たとえば送り力Ｆをもたらすことにより）、駆動原動機２によって駆動される作業工具８（図示した実施形態では、ガイドレール１０９上を周回するソーチェーン１０８）が制動されると、駆動原動機２の回転数ｎが低下し、その結果入力原動機電流Ｉまたは原動機トルクＭは上昇する。工具８としては特に切断工具が設けられ、たとえばパワーチェーンソーの場合にはスプロケットホイールを介して駆動されるソーチェーン１０８、研削切断機の場合には切断砥石、刈払い機の場合にはカッターブレードなどが設けられている。

回転数ｎが低い場合に電流上昇が大きすぎないようにするため、係合回転数ｎ_Ｅ以下では、原動機特有の特性曲線３の推移とは異なり、制御ユニット４により電流Ｉを減少させる。これにより、電気駆動原動機２を流れる電流Ｉは、原動機特有の特性曲線３以下の大きさに制限される。電流Ｉの制御は原動機供給電圧を変化させることによって行うことができる。

係合回転数ｎ_Ｅよりも上の作業範囲Ａ（図２および図３）では、制御ユニット４によって制御特性曲線１０を設定する。この制御特性曲線１０により、所定回転数帯域Δｎでの電気駆動原動機２の入力電力はほぼ同じもしくはやや低い平均入力電力Ｐ_Ｒに減少する。この場合、制御特性曲線１０は、特性曲線部分１０ｄを備えた回転数帯域Δｎでは、次のように構成されており、すなわち作業範囲Ａの所定回転数帯域Δｎにおいて回転数ｎが低下した時、特性曲線部分１１ｄにおけるトルク曲線１１が回転数ｎに対し上昇するように構成されている。作業範囲Ａの回転数帯域Δｎの領域でのトルク曲線１１のこのような構成は、有利には原動機電流Ｉを変化させることで行う。この場合、作業範囲Ａの回転数帯域Δｎ内では、回転数ｎが低下するとトルクＭはほぼ５％だけ上昇するように設定される。合目的には、トルク曲線１１の特性曲線部分１１ｄが原動機特有の特性曲線３の上昇の大きさまで上昇するように選定でき、すなわち特性曲線部分１１ｄと特性曲線３との間の図２の角度４５の上昇範囲にわたって上昇する。

作業範囲Ａの回転数帯域Δｎで電気駆動原動機２の入力電力Ｐ_Ｍが低下するように設定する場合、この入力電力Ｐ_Ｍが最大値を起点としてほぼ１５％ないし３０％、好ましくはほぼ１８％低下するような構成が合目的である。回転数ｎが低下した時に低下する制御特性曲線１０の曲線部分１０ｄは、有利には勾配角４３を有している。

作業範囲Ａの回転数帯域Δｎは、係合回転数ｎ_Ｅでは最高回転数ｎ_Ｈ以下にある。合目的には、回転数帯域Δｎは係合回転数ｎ_Ｅと回転数ｎ_２との間の回転数間隔によって決定されている。回転数ｎ_２は制御曲線１０の曲線点６０によって定義され、この曲線点６０を起点として、制御曲線１０は急激に上昇し、または、トルク曲線１１は原動機特有の特性曲線３から屈曲して下降し、ほぼゼロになる。

作業範囲Ａの回転数帯域Δｎは、原動機回転数ｎのほぼ５０％上方にあり、有利には最大アイドリング回転数ｎ_ｍａｘのほぼ６０％上方にある。駆動される工具の作業範囲の回転数帯域は、好ましくは、５００ないし２０００回転／分の帯域幅を有しており、特に１０００回転／分の帯域幅を有している。なお、回転数は合目的には工具８に関したものであり、たとえばソーチェーン１０８を駆動するスプロケットホイールまたは研削切断機の切断砥石を担持する軸に関するものである。制御特性曲線１０またはトルク曲線Ｍは、駆動原動機２の最高回転数ｎ_Ｈが原動機特有の特性曲線３の最大回転数ｎ_ｍａｘ以下の値に制限されているように構成されている。制御特性曲線１０は、駆動原動機２の最高回転数ｎ_Ｈを起点として次のように構成されており、すなわちトルクＭ（原動機電流Ｉ）が第１の特性曲線部分１１ａを有し、該第１の特性曲線部分１１ａがｎ_Ｈから急激に上方へ延びて原動機特有の特性曲線３の曲線点５０まで達するように構成されている。特性曲線部分１１ａの上昇は数百回転／分の狭い回転数範囲ｎ_Ｈ−ｎ_２にわたって行われ、好ましくは回転数範囲ｎ_Ｈ−ｎ_２は２００ないし３００回転／分にわたって延在している。特性曲線部分１１ａは低い回転数ｎから急激にほぼゼロの最小値へ低下する。

急傾斜の特性曲線部分１１ａに由来しているトルク曲線１１は、原動機特有の特性曲線３上の曲線点５０から曲線点５１まで延び、その後わずかな傾斜でもって特性曲線３からずれて作業範囲Ａの回転数帯域Δｎ内の曲線点５２へ延びている。

対応的に、入力電力Ｐ_Ｍの制御特性曲線１０は回転数ｎが低下すると、最小入力電力から曲線部分１０ａに沿って上方へ急傾斜で上昇して、トルクＭの曲線点５０上方の曲線点６０に達する。制御特性曲線１０の、緩やかな傾斜で接続している曲線部分１０ｂは、トルク曲線Ｍが曲線部分１１ｂでもって特性曲線３上に延びるのを保証し、その後曲線点６１から、特性曲線部分１０ｃに沿ってさらに低下する入力電力Ｐ_Ｍのために、トルク曲線Ｍを特性曲線部分１１ｃにおいて特性曲線３以下にさせる。曲線部分１０ｃは最高入力電力Ｐ_Ｍの曲線点６２まで上昇し、その後所定の制御特性曲線１０に従い、曲線部分１０ｄに沿ってほぼ一定になり（点線４０）、或いは、最小値６３へ低下する。この場合の構成は、作業範囲Ａの回転数帯域Δｎ内で入力電力Ｐ_Ｍが一定または低下するにもかかわらず、トルクＭが曲線部分１１ｄに沿って最大値５３まで上昇するように選定されている。入力電力Ｐ_Ｍが低下するにもかかわらずトルクＭが上昇するのは回転数ｎが低下するためで、この場合入力電力Ｐ_Ｍを制御するため、制御ユニット１４は電流Ｉを控えめに戻し、その結果利用者は作業範囲Ａ（係合回転数ｎ_Ｅ）で著しい電力落ち込みを感じない。作業範囲Ａの回転数帯域Δｎの下端で簡単な電流制限が行われ、その結果トルクＭ（または電流Ｉ）と入力電力Ｐ_Ｍとはそれぞれの低下曲線部分１０ｅと１１ｅに従う。

図３には、作業範囲Ａの回転数帯域Δｎがそれぞれの移行部においてより詳細に図示されている。同じ曲線部分および曲線点には同じ符号が付してある。入力電力Ｐ_Ｍの制御曲線１０と回転数ｎとの関係からわかるように、特性曲線部分１０ｃはピーク６６で回転数帯域Δｎの曲線部分１０ｄへ移行する。ピーク６６は入力電力Ｐ_Ｍの最大値を成している。制御曲線１０の曲線部分１０ｄは、回転数帯域Δｎの範囲で次のように構成されており、すなわち回転数帯域Δｎのわたってほぼ一定のまたはわずかに変動する平均電力Ｐ_Ｒが設定されるように構成されている。この場合、入力電力の変動は平均電力Ｐ_Ｒの±１５％、好ましくは±１０％で許容されている。これによって平均電力Ｐ_Ｒの帯域幅Ｂが生じる。制御特性曲線１０の曲線部分１０ｄが落ちるように構成されていれば、平均入力電力は、回転数ｎが落ちたときに曲線点６２の最大値から曲線点６３の最小点へ落ちる。この場合、曲線点６３での入力電力Ｐ_Ｍは曲線点６２での入力電力Ｐ_Ｍのほぼ８０％ないし９５％である。

このように構成した制御曲線１０により、図４に図示したように、切断パワーＰ_Ｓの電力曲線２０の形状は送り力Ｆに対し特殊なものになる。電動機２によって駆動される作業工具８の切断パワー曲線２０は、理論的には破線で示した特性曲線１９に沿って常時上昇する。この場合、切断パワーＰ_Ｓは送り力Ｆが増大するに従って常時大きくなる。利用者は感知できるほどの作業範囲を確認できない。

作業範囲Ａの回転数帯域Δｎで制御特性曲線１０を図２および図３に図示したように構成することにより、切断パワー曲線２０は次のように変化し、すなわち送り力Ｆに対する切断パワー平坦部２１が形成され、その一端２２は送り力Ｆが増大すると、低下する曲線部分２０ｅへ移行するように変化する。低下する曲線部分２０ｅを戻り曲線部分２０ｄとして構成するのが有利である。

上記のように構成した切断パワー曲線２０の曲線範囲２０ｂと２０ｃは、いうなれば、送り力Ｆをもたらすことによって利用者が感知可能に見つけ出すことができて且つ容易に保持できる、作業範囲Ａの切断パワー平坦部２１を定義している。

作業機１（たとえばパワーチェーンソー１０１）が作動すると、工具８、すなわちソーチェーン１０８はまず、制御特性曲線１０によって予め設定された最高回転数ｎ_Ｈで回転する。駆動される工具８が送り力Ｆをもたらすことによって荷重されると、急傾斜の特性曲線部分１０ａに基づき入力電力Ｐ_Ｍは急激に上昇する。これは、不変な切断パワー曲線２０（図４）の上昇曲線枝部２０ａにおける上昇切断パワーに相当している。送り力Ｆがさらに増大すると、回転数はｎ_２からｎ_１へさらに低下し、この場合制御特性曲線１０は特性曲線部分１０ｂと１０ｃを通る。この場合、トルク曲線１１はさしあたり原動機特有の特性曲線３上にある。回転数ｎ_１の範囲で最大入力電力Ｐ_Ｍ（ピーク６６）に達する。切断パワー曲線２０は点１６２で最大切断パワーＰ_Ｓ２に達する。最大切断パワーＰ_Ｓ２（ピーク６６）の点１６２上方の、曲線部分２０ａから曲線部分２０ｂへの切断パワー曲線２０の第１の屈曲点１６１は、図２の図示では入力電力Ｐ_Ｍの曲線点６２に相当している。送り力がＦからＦ_２へ増大するに伴って、図２の図示では、入力電力Ｐ_Ｍはｎ_１からｎ_Ｅへ低下する回転数に対し減少し、或いは、点線４０によれば一定のままであるのに対し、回転数ｎは低下する。同時に、回転数ｎが低下し、且つ回転数帯域Δｎで入力電力Ｐ_Ｍが穏やかに減少するため、原動機２のトルクＭは低下する回転数ｎに対し上昇し、これによって切断パワーグラフ（図４）では切断パワー平坦部２１が形成される。切断パワー平坦部２１の範囲では、切断パワーＰ_Ｓは狭い帯域幅ΔＰ_Ｓで変化する。切断パワー平坦部２１は数度のわずかな角度２３で低下する。

利用者が送り力Ｆをさらに上昇させ（図２）、その結果回転数ｎが係合回転数ｎ_Ｅ以下に低下すると、制御特性曲線１０は曲線枝部１０ｅで強く低下するように延び、これによって電動機２から放出されるトルクＭも落ち込む。切断パワー図（図４）では、作動点は低下する曲線部分２０ｅまたは戻り曲線部分２０ｄへ移動し、このことを利用者は切断パワーＰ_Ｓが強く落ち込むことによって確認する。送り力Ｆを中断することで、作動点は最適な切断パワーＰ_Ｓで切断パワー平坦部２１の範囲へ再び戻る。これは作動範囲Ａの回転数帯域での作動に対応している（図２）。

パワーチェーンソーの場合、最高回転数ｎ_Ｈで切断を開始し、その後送り力Ｆを増大させる。この場合、送り力が増大するに伴って、パワーチェーンソーの作動点は切断パワー曲線２０の上昇する曲線枝部２０ａ（図４）を経て上昇し、最大切断パワーＰ_Ｓ２に達する。点１６２で最高切断パワーＰ_Ｓは切断パワー平坦部２１の最高点に達する。送り力がＦ_１からＦ_２へ再び増大すると、作業範囲Ａ内の作動点は切断パワー平坦部２１の範囲で移動する。切断パワー平坦部２１の端部で最大送り力Ｆ_２よりも著しく大きい送り力Ｆがもたらされると、作動点は切断パワーＰ_Ｓが強く降下している低下する曲線部分２０ｅまたは２０ｄへ移動する。戻り曲線部分２０ｄは、切断パワー曲線２０の、切断パワー平坦部２１へ上昇している曲線枝部２０ａとほぼ同じ勾配を有している。

有利には、切断パワー平坦部２１は小さな勾配２３を備えており、この勾配２３は、送り力Ｆが増したときに減少するように選定されている。その結果、送り力が増すと、作動点が降下している曲線部分へ移行する際に利用者は切断パワーの著しい低下を確認し、従って曲線部分２０ｃの端部２２の範囲で作業範囲の終了を確認または感知することができる。利用者が送り力Ｆを戻すと、切断パワーが切断パワー平坦部２１において最大点１６２まで再び上昇し、その結果利用者は送り力Ｆの選択によって作業機を簡単に最適な作業範囲Ａで作動させることができる。

図２および図３による制御特性曲線１０の構成は、図４の切断パワー曲線２０の形状を生じさせる。このように構成された切断パワー曲線は、工具を、特に切断工具を電気駆動原動機２によって駆動する場合、原動機特有の特性曲線上には生じない。

制御特性曲線１０の構成は、作業範囲Ａで負荷があっても電動機の回転数が電気駆動原動機２の十分な冷却を保証するような範囲にあるように行われる。図４の切断パワー曲線の構成は、利用者を、最大切断パワーＰ_Ｓを得るために作動点を切断パワー平坦部２１の範囲に選定するよう促す。このことは、ｎ_Ｅとｎ_２（図２）の間の範囲で電気駆動原動機の熱的過負荷を確実に阻止できるような回転数を保証する。このように構成した切断パワー平坦部２１は熱的過負荷範囲の連続出力制限曲線４４の下方にある。

制御ユニット４は本発明による制御特性曲線１０を強要するもので、作業範囲Ａで、回転数ｎが低下するときに降下する曲線部分はｎ_Ｅとｎ_２の間で平均入力電力Ｐに戻る。

図５は効率ηと回転率ｎとの関係を示したもので、最大回転数ｎ_ｍａｘのときにトルクＭをほぼゼロまで降下させるために効率ηは最大値η_ｍａｘまで上昇する。

図５には、曲線点６０，６１，６２を備えた制御特性曲線１０が図示され、この場合作業範囲Ａは係合回転数ｎ_Ｅとこれよりも上の回転数ｎ_２との間にある。作業範囲Ａの回転数帯域Δｎは、前記回転数ｎ_２と係合回転数ｎ_Ｅとの差、ｎ_２−ｎ_Ｅから決定される。

係合回転数ｎ_Ｅの範囲では、モータ効率は点１００で最大効率η_ｍａｘのほぼ７５％ないし７８％であり、作業範囲Ａでは回転数ｎの上昇とともに上昇している。作業範囲Ａ内での効率ηの上昇は最大効率η_ｍａｘ付近まで可能であり、合目的には、作業範囲Ａで最大効率η_ｍａｘのほぼ９５％までの効率ηが得られる。

図６の実施形態には、パワー曲線Ｐ^＊が記載されている。このパワー曲線Ｐ^＊には作業範囲ＡまたはＡ”が選定され、この場合それぞれの作業範囲は最小パワーＰ’_ｍｉｎまたはＰ”_ｍｉｎ或いは最大パワーＰ’_ｍａｘまたはＰ”_ｍａｘによって特徴づけられている。

制御特性曲線１０（図２）を作業範囲Ａにおいてほぼ同じ平均パワーＰ_Ｒに設定すると、この同じ平均パワーＰ_Ｒは、自然パワー曲線Ｐ^＊の自然最小パワーに対応するように選定され、すなわち作業範囲Ａ’において、設定すべき平均パワーＰ_Ｒが自然パワー曲線Ｐ^＊の最小パワーＰ’_ｍｉｎに対応するように選定される。作業範囲Ａ”が設定されていれば、設定すべき同じ平均パワーＰ_Ｒは作業範囲Ａ” の最小パワーＰ”_ｍｉｎに設定される。作業範囲の位置に応じて最小パワーＰ_ｍｉｎは自然パワー曲線Ｐ^＊の上昇する曲線枝部にあっても下降する曲線枝部にあってもよい。

本発明によれば、駆動原動機２は工具を、特に切断工具を駆動する。作業機１がパワーチェーンソーとして構成されている場合には、切断工具はソーチェーンである。作業機の電気駆動原動機２は一般にバッテリーパックによって蓄電され、すなわち電気エネルギーを供給される。

１ 作業機
２ 電気駆動原動機
３ 原動機特有の特性曲線
４ 制御ユニット
１０１ パワーチェーンソー
Ａ 作業範囲
Ｉ 原動機入力電流
ｎ 回転数
ｎ_Ｅ 係合回転数
Δｎ 所定回転数帯域
Ｍ トルク
Ｐ 入力電力
Ｐ_Ｒ 平均電力

Claims (14)

1. 電気駆動原動機（２）を備えた手で操縦される作業機（１）であって、前記電気駆動原動機（２）が、入力される原動機電流（Ｉ）と前記原動機（２）の回転数（ｎ）との関係を表わす原動機特有の特性曲線（３）を有し、前記電気駆動原動機（２）に供給される電気エネルギーを制御する制御ユニット（４）が設けられ、該制御ユニット（４）が、係合回転数（ｎ _Ｅ ）以下で、前記電気駆動原動機（２）を流れる電流（Ｉ）を、前記原動機特有の特性曲線（３）よりも下にある値に制限するようにした前記作業機において、
   前記電気駆動原動機（２）の入力電力（Ｐ _Ｍ ）と前記回転数（ｎ）との関係を表す制御特性曲線（１０）が予め設定され、該制御特性曲線（１０）は、前記作業機（１）の工具（８）の切断パワー（Ｐ_Ｓ）と送り力（Ｆ）との関係を表わすパワー曲線（２０）において切断パワー平坦部（２１）が形成されるように構成され、該切断パワー平坦部（２１）の右側上端（２２）は、前記送り力（Ｆ）が増大するときに、負の勾配をもった曲線部分（２０ｄ，２０ｅ）へ移行することを特徴とする作業機。
2. 前記負の勾配をもった曲線部分（２０ｄ）は前記送り力（Ｆ）が増大すると降下することを特徴とする、請求項１に記載の作業機。
3. 前記負の勾配をもった曲線部分（２０ｄ）が、切断パワーの前記パワー曲線（２０）の、前記切断パワー平坦部（２１）へ向けて上昇する曲線枝部（２０ａ）とほぼ同じ勾配（２４）を有していることを特徴とする、請求項２に記載の作業機。
4. 前記切断パワー平坦部（２１）は、前記送り力（Ｆ）が増大すると負の勾配（２３）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の作業機。
5. 前記工具（８）が、ほぼ５００ないし２０００回転／分の帯域幅内にある出力回転数を備える作業範囲で、好ましくは１０００回転／分前後の帯域幅内にある出力回転数を備える作業範囲で駆動されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の作業機。
6. 前記制御特性曲線（１０）は、数百回転／分、好ましくは２００回転／分の狭回転数帯域（ｎ_Ｈ−ｎ_２）にわたって前記回転数（ｎ）がゼロの方向に低下するような特性曲線部分（１０ａ）を含んでいることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の作業機。
7. 前記制御特性曲線（１０）は、トルク曲線（１１）が１つの曲線部分（１１ｂ）でもって前記原動機特有の特性曲線（３）上に延びているような勾配をもった特性曲線部分（１０ｂ）を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の作業機。
8. 前記制御特性曲線（１０）の、負の勾配をもった曲線部分への移行部が、所定の回転数帯域（Δｎ）の右上端領域に、最高パワーのピーク（６６）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の作業機。
9. 前記駆動原動機（２）の前記入力電力（Ｐ）が前記所定の回転数帯域（Δｎ）で熱的連続運転出力制限曲線（４４）付近に設定されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の作業機。
10. 前記駆動原動機（２）の連続運転で入力される入力電力（Ｐ）が、前記熱的連続運転出力制限曲線（４４）によって決定される入力電力よりもほぼ２５％上に設定されていることを特徴とする、請求項９に記載の作業機。
11. 前記駆動原動機（２）の電気効率（η）が、前記係合回転数（ｎ _Ｅ ）よりも上の所定回転数帯域（Δｎ）を備えた作業範囲（Ａ）において、最大効率（η_ｍａｘ）の７５％よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の作業機。
12. 前記入力電力（Ｐ）の平均電力（Ｐ_Ｒ）が±１５％の帯域幅で変動し、好ましくは±１０％以下の帯域幅で変動することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の作業機。
13. 前記工具（８）が切断工具であり、特にソーチェーン（１０８）であることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の作業機。
14. 前記電気駆動原動機（２）がバッテリーパック（７）から給電されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の作業機。

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