JP6642124B2

JP6642124B2 - 電気機器

Info

Publication number: JP6642124B2
Application number: JP2016042419A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　達也; 達也伊藤; 清水　康雄; 康雄清水; 太祐市毛; 西河　智雅; 智雅西河
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP2017158401A

Description

本発明は、バッテリの電力によりモータを駆動して動作する自走式芝刈機等の電気機器に関する。

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。

特開平５−２３００２号公報特開２００７−３３６６７２号公報

自走式芝刈機等の電動作業機や電気機器において、エラー等で停止した場合に備え、自ら制御系電源をオフにして蓄電池の過放電を防止する機能を持たせることが考えられる。この場合、バッテリからの電力供給の有無を切り替えるメインスイッチがオンのまま制御系電源がオフされることが想定され、再度メインスイッチをオンにしても制御系電源を再起動できない可能性がある。また、制御系電源の再起動を可能とするための初期化スイッチや、メンテナンスモードボタン等、通常モード以外で使用する非通常操作ボタンは、意図せず押下されることが無いように配慮することが好ましい。

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、エラー等で停止した場合に制御系電源が再起動できなくなるリスクを抑制することの可能な電気機器を提供することにある。

本発明の第１の態様は、電気機器である。この電気機器は、
バッテリと、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部を制御する制御部と、
前記制御部に動作電圧を供給する制御系電源と、
前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給の可否を切り替える第一スイッチ手段と、
前記バッテリと前記制御系電源との間に設けられた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の制御端子が初期電圧である場合に、前記バッテリからの電力供給開始時に、前記制御端子に前記第１スイッチング素子がオンするために必要な起動電圧を供給する起動回路と、
を備え、
前記制御部が異常を検出した場合に、前記制御部によって前記制御系電源が停止するとともに、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を不可とし、前記モータへの電力供給を停止する異常停止状態とされ、
前記異常停止状態を解除する第二スイッチ手段を設け、
前記第二スイッチ手段は、前記制御端子の電圧を初期電圧にし、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を可能とする、ことを特徴とする。

前記制御部によってオンされると、前記制御端子の電圧を前記第１スイッチング素子がオンする電圧に維持し、前記制御部によってオフされると、前記制御端子の電圧を前記第１スイッチング素子がオフする電圧に変化させる第２スイッチング素子を備え、
異常停止状態では、前記第一スイッチ手段によって前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給が可能とされた状態で、前記第２スイッチング素子がオフとされてもよい。

前記起動回路がコンデンサを含み、前記第二スイッチ手段がオンになると、前記第二スイッチ手段を経由して前記コンデンサが放電されてもよい。

前記第一スイッチ手段の状態に関わらず前記バッテリから前記モータへの電力供給を遮断する停止スイッチを備えてもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記停止スイッチにより前記モータへの電力供給が遮断されている状態でのみ操作可能に設けられてもよい。

前記第二スイッチ手段は、使用者が操作している間はオンとなり、使用者が手を離すとオフになってもよい。

前記制御部に所定の情報を入力する操作ボタンを備え、前記第二スイッチ手段は、前記操作ボタンと比較して使用者による認識が困難となるように設けられてもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記操作ボタンと共に操作パネルに設けられ、前記操作ボタンの表面には表示が設けられる一方、前記第二スイッチ手段の表面には表示が省かれていてもよい。

前記第一スイッチ手段は、使用者がオンにした後で手を離してもオン状態を維持してもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と比較して使用者による認識が困難となるように設けられていてもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と共に操作パネルに設けられ、前記第一スイッチ手段の表面には表示が設けられる一方、前記第二スイッチ手段の表面には表示が省かれていてもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と共に防水処理されていてもよい。

前記第二スイッチ手段は、前記バッテリを収容する電池収容部内に設けられてもよい。

前記制御部は、前記第二スイッチ手段が所定時間以上長押しされると応答してもよい。

前記電気機器は、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。
本発明の第２の態様は、電気機器である。この電気機器は、
バッテリと、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部を制御する制御部と、
前記制御部に動作電圧を供給する制御系電源と、
前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給の可否を切り替える第一スイッチ手段と、
前記バッテリと前記制御系電源との間に設けられた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の制御端子が初期電圧である場合に、前記バッテリからの電力供給開始時に、前記制御端子に前記第１スイッチング素子がオンするために必要な起動電圧を供給する起動回路と、
を備え、
前記制御部が異常を検出した場合に、前記制御部によって前記制御系電源が停止するとともに、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を不可とし、前記モータへの電力供給を停止する異常停止状態とされ、
前記異常停止状態を解除する放電手段を設け、
前記放電手段は、前記制御端子の電圧を初期電圧にし、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を可能とする、ことを特徴とする。

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。

本発明の第１及び第２の態様によれば、エラー等で停止した場合に制御系電源が再起動できなくなるリスクを抑制することの可能な電気機器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電気機器の回路図。本発明の実施の形態に係る自走式芝刈機１の、本体カバー３３を閉じた状態の前方からみた斜視図。自走式芝刈機１の、本体カバー３３を開いた状態の後方からみた斜視図。自走式芝刈機１の、本体ハウジング３２を外した状態の平面図。図４のＡ−Ａ断面図（自走式芝刈機１の左右中心位置を通る鉛直断面図）。図４のディスプレイ・キーボード基板４４の、初期化スイッチＳＷ２を含む断面図。自走式芝刈機１における蓄電池３０及び蓄電池収容部５付近の拡大断面図。自走式芝刈機１の本体２の幅方向両側において、手動停止スイッチ１００の操作部１０１で作動されるスイッチ部付近の拡大断面図。手動停止スイッチ１００の操作部１０１及び前記スイッチ部付近の、本体カバー３３を閉じた状態の拡大断面図。同じく本体カバー３３を開いた状態の拡大断面図。自走式芝刈機１の本体２に装備される各種機能部品を示すブロック図。自走式芝刈機１の主としてモータ電力制御系統を含む回路構成を示すブロック図。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。

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。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電気機器の回路図である。この電気機器は、例えば電動作業機であって、バッテリとしての蓄電池３０と、負荷としてのモータ２２と、モータ駆動部としてのモータドライバ２３と、制御部１５と、制御系電源１６と、電源起動・維持回路４１と、を備える。モータ２２は、例えばブラシレスモータであり、モータドライバ２３は、蓄電池３０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ２２に供給するインバータ回路である。制御部１５は、モータドライバ２３を構成する各スイッチング素子のオンオフをＰＷＭ制御等により制御し、モータ２２を駆動する。制御系電源１６は、蓄電池３０からの供給電圧を制御部１５の動作電圧（例えば５Ｖ）に降圧して制御部１５に供給する。制御系電源１６の入力側及び出力側の各々とグランド（固定電圧端子）との間には、コンデンサＣ２,Ｃ３が設けられる。電源起動・維持回路４１は、蓄電池３０と制御系電源１６との間に設けられ、後述のように、制御系電源１６を起動させる機能、及び起動した制御系電源１６への電力供給を維持する機能を持つ。

蓄電池３０のマイナス端子はグランドに接続され、蓄電池３０のプラス端子は、第一スイッチ手段としてのメインスイッチＳＷ１の一端に接続される。メインスイッチＳＷ１を介して、蓄電池３０の電圧が、モータ２２及び制御系電源１６に供給される。すなわち、メインスイッチＳＷ１は、蓄電池３０から制御系電源１６及びモータ２２への電力供給の有無を切り替える切替手段として機能する。メインスイッチＳＷ１は、好ましくはオルタネイト型のスイッチであって、使用者がオンにした後で手を離してもオン状態を維持する。メインスイッチＳＷ１としては、ボタンスイッチ、レバースイッチ、シーソースイッチ（ロッカースイッチ）等が用いられる。メインスイッチＳＷ１と制御系電源１６との間には、第１スイッチング素子Ｍ１が設けられる。第１スイッチング素子Ｍ１は、ここではＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチング素子Ｍ１のソースは、メインスイッチＳＷ１の他端に接続される。第１スイッチング素子Ｍ１のドレインは、制御系電源１６の入力端子に接続される。

抵抗Ｒ１は、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート（制御端子）とソースとの間に設けられる。コンデンサＣ１は、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートとグランドとの間に設けられる。抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の直列回路は、起動回路の例示であり、メインスイッチＳＷ１がオンされたとき、すなわち蓄電池３０からの電力供給開始時に、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートに、第１スイッチング素子Ｍ１がオンするために必要な起動電圧を供給する。但し、起動回路が起動電圧を供給するためには、蓄電池３０のプラス端子と第１スイッチング素子Ｍ１のゲートとの間の電圧が、第１スイッチング素子Ｍ１がオンするために必要なゲート、ソース間の電圧Ｖ_GS1よりも十分に大きくなる程度に、コンデンサＣ１が放電されていることが条件となる。この条件を満たすコンデンサＣ１の電圧（第１スイッチング素子Ｍ１のゲート電圧）が初期電圧である。コンデンサＣ１は、自身の電圧が０になるまで放電されることが好ましい。なお、コンデンサＣ１が初期電圧となっている状態を起動回路の初期状態とする。

抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子Ｍ２は、コンデンサＣ１と並列になるように、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートとグランドとの間に直列接続される。抵抗Ｒ２の一端は、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートに接続される。第２スイッチング素子Ｍ２は、ここではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチング素子Ｍ２のドレインは、抵抗Ｒ２の他端に接続される。第２スイッチング素子Ｍ２のソースはグランドに接続される。第２スイッチング素子Ｍ２のゲート（制御端子）は、制御部１５に接続される。抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子Ｍ２の直列回路は、維持回路の例示であり、第２スイッチング素子Ｍ２が制御部１５によってオンされると、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート電圧を、第１スイッチング素子Ｍ１がオンする電圧に維持する。一方、第２スイッチング素子Ｍ２は、制御部１５によってオフされると、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート電圧を、第１スイッチング素子Ｍ１がオフする電圧に変化させる。

抵抗Ｒ３及び第二スイッチ手段としての初期化スイッチＳＷ２は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子Ｍ２と並列になるように、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートとグランドとの間に直列接続される。抵抗Ｒ３の一端は、第１スイッチング素子Ｍ１のゲートに接続される。初期化スイッチＳＷ２の一端は、抵抗Ｒ３の他端に接続される。初期化スイッチＳＷ２の他端はグランドに接続される。初期化スイッチＳＷ２は、通常モード以外で使用者が操作する非通常操作ボタンの例示である。初期化スイッチＳＷ２は、好ましくはモーメンタリ型であり、使用者が操作している（押している）間はオンとなり、使用者が手を離すとオフになる。抵抗Ｒ３及び初期化スイッチＳＷ２の直列回路は、初期化回路の例示であり、使用者によって初期化スイッチＳＷ２がオンされると、コンデンサＣ１を放電し、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート電圧を初期電圧（例えば０）にする。

以下、図１の回路の動作を説明する。第１スイッチング素子Ｍ１のゲート電圧が初期電圧である場合に、メインスイッチＳＷ１がオンされると、蓄電池３０のプラス端子、メインスイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、グランドという経路に一時的に電流が流れる。これにより、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧がマイナスとなる。すると、第１スイッチング素子Ｍ１がターンオンし、制御系電源１６が起動し、制御部１５が起動する。制御部１５は、起動後、第２スイッチング素子Ｍ２のゲート電圧、すなわちゲートに送る電源維持信号をハイレベルとし、これにより第２スイッチング素子Ｍ２は、ゲート、ソース間の電圧がプラスとなってターンオンする。第２スイッチング素子Ｍ２がオンとなることで、蓄電池３０のプラス端子、メインスイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、第２スイッチング素子Ｍ２、グランドという経路に継続的に電流が流れ、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧がマイナスに維持され、第１スイッチング素子Ｍ１はオン状態に維持される。

メインスイッチＳＷ１がオフされると、抵抗Ｒ１には電流が流れなくなり、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧が０となり、第１スイッチング素子Ｍ１はターンオフする。第１スイッチング素子Ｍ１がオフになると、制御系電源１６は、自身の入力側に設けられたコンデンサＣ２の作用により、所定時間だけオン状態（制御部１５への動作電圧の供給）を保った後、停止する。メインスイッチＳＷ１がオフされた後、制御部１５への動作電圧の供給が無くなるまでの間、第２スイッチング素子Ｍ２のゲート電圧は制御部１５によってハイレベルに維持され、第２スイッチング素子Ｍ２はオン状態を維持するため、コンデンサＣ１に溜まった電荷は、抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子Ｍ２を経由して放電され、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート及びコンデンサＣ１の電圧が初期電圧まで低下する（好ましくは０になる）。

制御部１５は、蓄電池３０の過放電や通信不良、温度異常等の各種異常（エラー）を検出すると、モータ２２を停止すると共に、制御系電源１６をオフにして蓄電池３０の放電を防止する機能を持つ。具体的には、制御部１５は、異常を検出すると、第２スイッチング素子Ｍ２のゲート電圧（ゲートに送る電源維持信号）をローレベルとし、これにより第２スイッチング素子Ｍ２は、ゲート、ソース間の電圧が０となってターンオフする。第２スイッチング素子Ｍ２がオフになると、抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子Ｍ２を通る電流経路が遮断され、コンデンサＣ１の電圧が蓄電池３０の電圧と等しくなったところで抵抗Ｒ１に電流が流れなくなり、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧が０となり、第１スイッチング素子Ｍ１がターンオフする。これにより、蓄電池３０から制御系電源１６への電力供給が遮断され、制御系電源１６から制御部１５への動作電圧の供給が無くなり、制御部１５が停止する（制御部１５での電力消費が無くなる）。また、制御系電源１６から制御部１５への動作電圧の供給が停止されることで、蓄電池３０とモータドライバ２３との経路に設けられた第３スイッチング素子Ｍ３が第４スイッチング素子Ｍ４を介してターンオフするため、蓄電池３０からモータドライバへの電力供給も停止される。

上記のように制御部１５が異常を検出して自身がオフになった場合、使用者がメインスイッチＳＷ１を一旦オフにして再度オンに戻しても、コンデンサＣ１の電圧が蓄電池３０と等しくなっているため、抵抗Ｒ１には電流が流れない。このため、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧は０のままで、第１スイッチング素子Ｍ１はターンオンできない。こうした起動不能状態から復帰するために、前述の初期化スイッチＳＷ２が設けられる。使用者がメインスイッチＳＷ１を一旦オフにして初期化スイッチＳＷ２を押すと、コンデンサＣ１に溜まった電荷は、抵抗Ｒ３及び初期化スイッチＳＷ２を経由して放電され、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート及びコンデンサＣ１の電圧が初期電圧まで低下する（好ましくは０になる）。これにより、その後メインスイッチＳＷ１がオンされれば通常時と同様に第１スイッチング素子Ｍ１のターンオン及びそれによる制御系電源１６の起動、制御部１５の起動が可能な状態（初期状態）に復帰できる。なお、制御部１５が異常を検出して自身がオフになった場合、使用者は、メインスイッチＳＷ１がオンのまま初期化スイッチＳＷ２を押してもよい。この場合、初期化スイッチＳＷ２が押されている間、蓄電池３０のプラス端子、メインスイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３、初期化スイッチＳＷ２、グランドという経路に電流が流れ、第１スイッチング素子Ｍ１のゲート、ソース間の電圧がマイナスとなり、第１スイッチング素子Ｍ１がターンオンし、制御系電源１６が再起動し、制御部１５が再起動する。

本実施の形態によれば、エラー等で電気機器の動作が停止した場合に、制御部１５が制御系電源１６をオフにして自ら停止することで蓄電池３０の過放電を防止する過放電防止機能を備える一方、使用者は、過放電防止機能の作動後には、初期化スイッチＳＷ２を操作する（押す）ことで、前述の初期状態への復帰、あるいは直接的に制御系電源１６の再起動が可能なため、過放電防止機能の作動後に制御系電源１６が再起動できなくなるリスクを抑制できる。なお、過放電防止機能は、蓄電池３０の消費電力を抑える消費電力抑制機能ということもできる。

以下、電気機器の具体例として、自走式芝刈機について説明する。図１２は自走式芝刈機１の使用環境説明図であり、図１３は、自走式芝刈機１、充電ベース（充電ステーション）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の詳細は後述するが、自走式芝刈機１は、駆動輪としての左右の車輪（後輪）３Ａ，３Ｂ及び刈刃４を有する本体２と、本体２の蓄電池収容部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（例えばヘッジトリマ）でも共用可能である。

図１２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、すなわち芝刈領域を区画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には充電ベース５０から電流が供給され、自走式芝刈機１は、ガイドワイヤ８０に流れる電流により発生する磁界をガイドワイヤセンサ（例えば本体２の前後に配置されるコイル等の磁気検出手段であり、図１０にて後述する）によって検出し、芝刈領域を認識する。充電ベース５０は、芝刈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。ケーブル７０は、一端がＡＣアダプタ６０の出力端子に着脱自在であり、他端が充電ベース５０の入力端子に着脱自在である。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２〜図１１を参照し、自走式芝刈機１を詳述する。図２は自走式芝刈機１の本体カバー３３を閉じた状態の前方からみた斜視図、図３は自走式芝刈機１の本体カバー３３を開いた状態の後方からみた斜視図、図４は本体ハウジング３２を外した状態の平面図、及び図５は図４のＡ−Ａ断面図である。図２、図３及び図５により、前後、左右、上下の各方向を定義する。これらの図に示すように、自走式芝刈機１の本体２は、本体シャーシ３１と、この外側を囲む本体ハウジング３２と、本体２の上部に開閉自在に設けられる本体カバー３３と、駆動輪である大径の後輪３Ａ，３Ｂと、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３Ｃ，３Ｄとを具備し、さらに図１０に示す各種機能部品等を有する。後述するが図１１は、左右の後輪３Ａ，３Ｂを駆動する左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃４を駆動する刈刃モータ２２Ｃにそれぞれ電力を供給するモータ電力制御系統を主として示している。

自走式芝刈機１は、本体シャーシ３１に対して取付支持された本体ハウジング３２によって上部全体が覆われる。本体ハウジング３２の上側には、本体ハウジング３２の上部開口を覆うことのできる本体カバー３３が前方側の回動軸を中心に開閉自在に取り付けられている。本体カバー３３は透明性を有する樹脂部材により構成され、本体カバー３３を開けることにより図４に示す刈刃４を回転駆動する刈刃モータ２２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３６を操作するダイヤルノブ３９、及びディスプレイ・キーボード基板４４にアクセス可能となる。ディスプレイ・キーボード基板４４は表示部としてのディスプレイ４４ａと運転情報入力手段としてのキーボード４４ｂが搭載されているものである。本体ハウジング３２の前方には前面視で略長方形の開口部３２ｄが設けられ、充電時に開口部３２ｄを介して充電ベース５０の直流出力端子５１，５２が充電端子（受電端子）１０ａ，１０ｂと接触可能となる。端子１０ａが正極端子，端子１０ｂが負極端子である。

図３に示すように、本体ハウジング３２の後方側上部には、作業者によって操作されて自走式芝刈機１を強制的に停止するための手動停止スイッチ１００の操作部１０１が設けられる。手動停止スイッチ１００の構成については図８、図９Ａ、図９Ｂで後述する。

本体シャーシ３１は上面視で三角形状に絞り込まれており、その斜面から左右両側に取付アーム３４Ａ，３４Ｂが伸びるように設けられる。取付アーム３４Ａ，３４Ｂにはそれぞれ前輪３Ｃ，３Ｄが軸支され、自走式芝刈機１の移動方向に応じて各前輪３Ｃ，３Ｄの向きが自在に追従可能なようにそれぞれ保持される。本体シャーシ３１の後方側には後輪３Ａ，３Ｂが設けられる。ここでは後輪３Ａ，３Ｂに大径の車輪を用いて、それぞれ独立した走行用の車輪モータ（左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ）で駆動される。２つの車輪モータは、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による操舵制御を可能としている。例えば、後輪３Ａ，３Ｂを同期して駆動することにより自走式芝刈機１が真っ直ぐ前進又は後退し、後輪３Ａ，３Ｂ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。尚、後輪３Ａ，３Ｂに限られず、前輪３Ｃ，３Ｄを駆動輪としてもよい。

本体ハウジング３２の前方下端３２ｃは、地面との間に所定距離の隙間を隔てるように構成され、この隙間から本体ハウジング３２の内部に入りこんだ芝等が、本体シャーシ３１の下側に配置される刈刃４によって刈り取られる。

図５及び図７に示すように、本体シャーシ３１の後方側には、蓄電池３０を交換自在に収容する略直方体状空間の蓄電池収容部５が設けられている。蓄電池収容部５は、本体シャーシ３１に一体的に固定された合成樹脂製の容器部４６と、容器部４６の開口部を開閉可能なようにヒンジ４５を介して容器部４６に連結された収容部蓋４７とを有している。容器部４６の中には蓄電池３０が着脱可能に配置可能である。容器部４６の内側には、装着された蓄電池３０の各端子（図１１の電池パックの＋端子、−端子、Ｃ＋端子、５Ｖ端子、ＬＤ端子、Ｔ端子、ＬＳ端子）に接続可能な電池接続ターミナル４２（図１０及び図１１に図示）が配設されている。

図４に示すように、収容部蓋４７の上面には、液晶表示パネル等のディスプレイ４４ａ及びキーボード４４ｂが上側に配置された操作パネルとしてのディスプレイ・キーボード基板４４が取り付けられており、またメインスイッチＳＷ１が設けられる。作業者はキーボード４４ｂを操作して芝刈スケジュールの設定等を行うことができる。図３及び図４に示すように、キーボード４４ｂは、通常操作ボタン４４ｃに加え、初期化スイッチ（初期化ボタン）ＳＷ２を有する。通常操作ボタン４４ｃは、芝刈りスケジュールの設定等に使用される。初期化スイッチＳＷ２は、図１で説明したとおり、エラー等で自走式芝刈機１が停止した場合に初期状態に復帰するため又は制御系電源を再起動するために用いられる。図４及び図６に示すように、通常操作ボタン４４ｃの表面には数字や矢印、記号等の表示４４ｄが設けられる。なお、表示４４ｄは、各ボタンの機能を示すものに限定されず、エンボス加工等、ボタンの存在を示す処理（ボタンと認識させるような処理）も含む概念である。一方、初期化スイッチＳＷ２の表面には表示が省かれている。これにより、初期化スイッチＳＷ２は、通常操作ボタン４４ｃと比較して使用者による認識が困難となっている。また、初期化スイッチＳＷ２は、通常操作ボタン４４ｃと共に防水処理されている。前述のように、ディスプレイ・キーボード基板４４にアクセスするためには本体カバー３３を開けること、すなわち後述のように手動停止スイッチ１００のスイッチ操作部１０１を押し下げる必要がある。したがって、初期化スイッチＳＷ２は、手動停止スイッチ１００により左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃへの電力供給が遮断されている状態でのみ操作可能となっている。メイン基板４０は蓄電池収容部５の前方側に隣接して配置されている。

図７は、蓄電池３０を収納する空間を有する蓄電池収容部５付近の、本体シャーシ３１や、本体ハウジング３２等の拡大断面を示す。収容部蓋４７の固定は、容器部４６の開口端面に形成されたナット部に螺合する固定手段としての蓋固定ボルト４８によって行う。

蓋固定ボルト４８の頭は収容部蓋４７の面より上に飛び出る形状となっており、図７のように、収容部蓋４７が完全に閉まっていない状態では、本体カバー３３の下面に形成された当接リブ３３ａと蓋固定ボルト４８の頭が干渉し、本体カバー３３を閉鎖することができない。

図８、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、手動停止スイッチ１００は、スイッチ操作部１０１と、これと一体のスイッチレバー１０２と、スイッチ操作部１０１の押し下げ操作（つまりスイッチレバー１０２の回動）により開く方向に駆動される本体カバー３３下面に一体に形成された一対の舌片状操作凸部１０３Ａ，１０３Ｂと、一対の舌片状操作凸部１０３Ａ，１０３Ｂに対応するスイッチ部（具体的にはマイクロスイッチ）ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂとを有している。スイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂは図示しない配線により本体シャーシ３１のメイン基板４０に接続されている。

スイッチレバー１０２は本体ハウジング３２に設けられたピン１０４で回動自在に支持されており、操作部１０１とは反対側の端部に本体カバー３３の押上部１０２ａが、中間部に係止解除部１０２ｂがそれぞれ形成されている。スイッチレバー１０２に設けられた係止解除部１０２ｂは、スイッチ操作部１０１が押し下げられたときに爪状係止部１０５を本体ハウジング３２の係止部から外れる向き（紙面手前側）に撓ませて両者の係合を解除し、本体カバー３３は押上部１０２ａ押し上げられて開放可能な状態となる。

図９Ａに示す本体カバー３３が正しく閉じられた状態（本体カバー３３の左右端部に浮き上がりが無い状態で本体ハウジング３２の上部開口が閉鎖されている場合）では、爪状係止部１０５が本体ハウジング３２の係止部に係合して本体カバー３３の閉じた状態が保持されるとともに、舌片状操作凸部１０３Ａ，１０３Ｂがスイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂの前面に差し込まれた状態となり、スイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂ共にオン（ＯＮ：第１状態）となる。

作業者が手動停止スイッチ１００のスイッチ操作部１０１を押し下げた場合、図９Ｂに示すように本体カバー３３は開いた状態となり、スイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂ共にオフ（ＯＦＦ：第２状態）となる。

図１０は自走式芝刈機１の本体２に装備される各種機能部品を示す。本体シャーシ３１側に取り付けられたメイン基板４０には、図１１のモータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及びモータ駆動回路（ドライバ）１８，１９，２０を除いた回路部分が搭載されており、図１３の充電ベース５０の直流出力端子５１，５２に接続、離脱可能な充電端子１０ａ，１０ｂ及び蓄電池収容部５に装着された電池パックである蓄電池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４２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４２及びメイン基板４０の接続線路に挿入されている。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がモータ駆動回路１８，１９，２０を介して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、手動停止スイッチ１００、ディスプレイ・キーボード基板４４が接続されている。

図１１は、自走式芝刈機１のモータ電力制御系統を主として示す回路構成である。自走式芝刈機１は、図１２の充電ベース５０の直流出力端子５１，５２と接続、離脱可能な充電端子１０ａ，１０ｂを本体２に有する。充電ベース５０から充電端子１０ａ，１０ｂに入力されるＤＣ２１Ｖは、被判別回路１１及び充電回路としての昇降圧回路１３に供給され、また逆流防止用ダイオードＤ１を通して制御用電源回路１４に供給される。

被判別回路１１は、充電ベース５０に自走式芝刈機１の本体２が接続されたことを、充電ベース５０側にて判別させるために設けられており、蓄電池３０の電力で動作するものではなく、充電ベース５０からの電力供給で動作し、蓄電池３０の放電が進んでいわゆる電池切れ（残容量が実質的にゼロ）になった場合にも充電ベース５０側にて判別可能にする。

制御用電源回路１４は、充電端子１０ａ，１０ｂ間のＤＣ２１Ｖ又は後述の駆動電源回路１７が出力するＤＣ１８Ｖを入力とし、ＤＣ５Ｖをメイン制御部としての制御部（マイクロコンピュータ）１５に供給するものであり、具体的にはＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換手段）である。図１１の構成は、蓄電池３０の出力電圧を、駆動電源回路１７及び制御用電源回路１４の二段に分けて制御部１５の動作電圧に変換する構成であり、駆動電源回路１７及び制御用電源回路１４を合わせたものが図１の制御系電源１６に対応する。なお、駆動電源回路１７を省略して蓄電池３０の電圧を各モータに直接供給する構成でもよく、この場合、制御用電源回路１４が単独で図１の制御系電源１６に対応する。

昇降圧回路１３は、蓄電池３０の定格出力電圧に応じて充電端子１０ａ，１０ｂ間のＤＣ２１Ｖを昇圧又は降圧し、蓄電池３０の定格出力電圧に適合する充電電圧で蓄電池３０を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換手段）である。

駆動電源回路１７は、少なくとも降圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータであり、自走式芝刈機１に装着可能な蓄電池３０のうち定格出力電圧が最も低い蓄電池の定格出力電圧以下の駆動電圧を出力する。駆動電源回路１７の出力電圧は、制御用電源回路１４に供給されるとともに、モータ駆動回路としての左車輪ドライバ１８、右車輪ドライバ１９、及び刈刃ドライバ２０にそれぞれ供給される。

左車輪ドライバ１８、右車輪ドライバ１９、及び刈刃ドライバ２０は、それぞれ駆動電源回路１７の駆動電圧を変換して各モータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに供給するものであり、それぞれ、三相ブリッジ接続されたＦＥＴやＩＧＢＴ等の複数の（図示の例では６つの）スイッチング素子を有する。左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ、及び刈刃モータ２２Ｃは、好ましくはブラシレスモータであり、各ドライバ（モータ駆動回路）は複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子が制御部１５により例えばＰＷＭ制御される。

図１２に示したように、自走式芝刈機１の芝刈領域を規定するために充電ベース５０にガイドワイヤ８０（誘導ワイヤ）が接続されている。このガイドワイヤ８０は充電ベース５０を含む芝刈領域を囲み、自走式芝刈機１はガイドワイヤ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。図１０に示した第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、ガイドワイヤの交流電気信号を受信してメイン基板４０に出力することで、芝刈領域の境界をメイン基板４０に搭載された図１１の制御部１５で認識し、自走式芝刈機１の方向制御等を左車輪モータドライバ１８や右車輪モータドライバ１９を介して左車輪モータ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。

自走式芝刈機１の構成において、芝刈作業を行う際には、まず電池パックである蓄電池３０を、本体シャーシ３１に設けられた蓄電池収容部５内部に取付け、収容部蓋４７を閉じて蓋固定ボルト４８を締める。その後メインスイッチＳＷ１をオンにし、ディスプレイ・キーボード基板４４のキーボード４４ｂを操作し、自走式芝刈機１をスタンバイ状態にし、本体カバー３３を閉じる。この時、図９Ａのように本体カバー３３の舌片状操作凸部１０３Ａ，１０３Ｂが手動停止スイッチ１００のスイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂの前面に差し込まれた状態となり、スイッチ部ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂ共にオン（ＯＮ：第１状態）となり、自走式芝刈機１は自律走行及び芝刈作業を開始する。

自走式芝刈機１は、要求された芝刈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に向けて自動的に帰還走行を行い、自動的に充電が行われる。また、残量が低下した蓄電池３０の代わりに、充電済みの蓄電池３０と交換して芝刈作業を継続したい場合、蓄電池３０の交換を行うことができる。

次に、自走式芝刈機１が何らかのエラーで停止した場合の動作について説明する。自走式芝刈機１は、制御部１５によって過電流や各種温度異常を検出すると、モータ２２の駆動が停止されるとともに、異常停止状態に移行する。異常停止状態においては、蓄電池３０から制御系電源１６への電力供給が停止され、制御部１５が停止する。異常停止状態において、作業者は、手動停止スイッチ１００を操作して、本体カバー３３を開けることができるが、メインスイッチＳＷ１を操作するだけでは制御系電源１６への電力供給を開始することができず、容易に作業を再開することができないよう構成されている。具体的には、制御部１５は、通常状態から異常停止状態への移行において、電源起動・維持回路４１に設けられたコンデンサＣ１の電荷が放電される前に第２スイッチング素子Ｍ２をオフ状態とすることで、コンデンサＣ１に電荷が残され、起動回路が作動しないよう構成している。すなわち、異常停止状態となった場合は、電池の交換等、異常の原因となった事象を解消した上で、初期化スイッチＳＷ２を長押し操作し、コンデンサＣ１に溜まった電荷を放電することで、異常停止状態を解除することができる。その後は、メインスイッチＳＷ１により制御系電源を起動し、制御部を起動することができる。

本実施の形態の自走式芝刈機１によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 制御部１５は、自走式芝刈機１の本体２が持ち上げられた場合や、本体２の傾斜角度がしきい値を超えた場合、蓄電池３０の電圧が所定値以下に低下した場合、過電流や各種温度異常を検出した場合等、異常を検出して左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃを停止した場合には、駆動電源回路１７及び制御用電源回路１４をオフにして自ら停止することで蓄電池３０の過放電を防止する過放電防止機能を備える一方、使用者は、過放電防止機能の作動後には、初期化スイッチＳＷ２を操作する（押す）ことで、前述の電気機器の場合と同様に初期状態への復帰、あるいは直接的に駆動電源回路１７及び制御用電源回路１４の再起動が可能なため、過放電防止機能の作動後に駆動電源回路１７及び制御用電源回路１４が再起動できなくなるリスクを抑制できる。

(2) 初期化スイッチＳＷ２は、通常操作ボタン４４ｃと共にキーボード４４ｂに設けられるため、通常操作ボタン４４ｃと共に防水処理が可能であり、低コストである。

(3) 初期化スイッチＳＷ２は、通常操作ボタン４４ｃと比較して使用者による認識が困難となるように設けられるため、意図せず押下されることを防止できる。

(4) 初期化スイッチＳＷ２は、手動停止スイッチ１００により左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃへの電力供給が遮断されている状態でのみ操作可能であり、自走式芝刈機１の動作中に操作されることを防止できる。

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。

本実施の形態において、制御部１５は、コンデンサＣ１に電荷が溜まることで起動不能状態となり、コンデンサＣ１の電荷を放電することで起動が可能な初期状態となる構成となっている。言い換えれば、制御部１５は、異常を検出した場合に、メインスイッチＳＷ１のオンオフのみでは起動不能状態から復帰できないようにされており、異常の原因が取り除かれないままに、安易に起動と停止が繰り返されないようになっている。本発明の思想が維持されている限りにおいては、制御部１５の制御によって実現されていてもよい。すなわち、異常を検出した場合に、起動不能状態として本体の駆動を停止させる制御を行うとともに、初期化スイッチＳＷ２の操作が行われることで、起動不能状態の解除信号が出力され、初期状態とされるよう制御する構成であってもよい。

電動作業機は、自走式芝刈機１に限定されず、他の種類のものであってもよい。また、電気機器は、電動作業機に限定されず、扇風機や送風機、ラジオ等の他の種類のものであってもよい。電気機器は、メインスイッチＳＷ１を有さず、蓄電池３０を装着すると自動的に起動するタイプであってもよい。非通常操作ボタンは、初期化スイッチＳＷ２に限定されず、メンテナンスモードボタン等、通常モード以外で使用者が操作する他の種類のものであってもよい。この場合、初期化スイッチＳＷ２は、所定時間（例えば２秒）以上長押しされると応答するようにしてもよい。初期化スイッチＳＷ２の配置場所は、キーボード４４ｂに限定されず、蓄電池収容部５であってもよい。この場合も、初期化スイッチＳＷ２は、通常操作ボタン４４ｃと比較して使用者による認識が困難となる。また、蓄電池収容部５に配置することで初期化スイッチＳＷ２の防水が不要となる。

１自走式芝刈機、２本体、３Ａ，３Ｂ後輪、４刈刃、５蓄電池収容部、１０ａ，１０ｂ充電端子、１１被判別回路、１３昇降圧回路、１４制御用電源回路、１５制御部、１６制御系電源、１７駆動電源回路、１８左車輪ドライバ、１９右車輪ドライバ、２０刈刃ドライバ、２２モータ、２２Ａ左車輪モータ、２２Ｂ右車輪モータ、２２Ｃ刈刃モータ、２３モータドライバ、３０蓄電池（電池パック）、３１本体シャーシ、３２本体ハウジング、３３本体カバー、４０メイン基板、４１電源起動・維持回路、４２電池接続ターミナル、４４ディスプレイ・キーボード基板、４４ａディスプレイ、４４ｂキーボード、４４ｃ通常操作ボタン、４４ｄ表示、４５ヒンジ、４６容器部、４７収容部蓋、４８ボルト、４９パッキン、５０充電ベース、６０ＡＣアダプタ、７０ケーブル、８０ガイドワイヤ（誘導ワイヤ）、１００手動停止スイッチ、１０１スイッチ操作部、１０２スイッチレバー、１０３Ａ，１０３Ｂ舌片状操作凸部、１０４ピン、１０５爪状係止部、Ｄ１，Ｄ２逆流防止用ダイオード、Ｇ１ＡＮＤゲート、Ｇ２ＯＲゲート、ＭＳ１Ａ，ＭＳ１Ｂスイッチ部、ＳＷ１メインスイッチ（第一スイッチ手段）、ＳＷ２初期化スイッチ（第二スイッチ手段）

Claims

バッテリと、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部を制御する制御部と、
前記制御部に動作電圧を供給する制御系電源と、
前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給の可否を切り替える第一スイッチ手段と、
前記バッテリと前記制御系電源との間に設けられた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の制御端子が初期電圧である場合に、前記バッテリからの電力供給開始時に、前記制御端子に前記第１スイッチング素子がオンするために必要な起動電圧を供給する起動回路と、
を備え、
前記制御部が異常を検出した場合に、前記制御部によって前記制御系電源が停止するとともに、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を不可とし、前記モータへの電力供給を停止する異常停止状態とされ、
前記異常停止状態を解除する第二スイッチ手段を設け、
前記第二スイッチ手段は、前記制御端子の電圧を初期電圧にし、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を可能とする、ことを特徴とする電気機器。
前記制御部によってオンされると、前記制御端子の電圧を前記第１スイッチング素子がオンする電圧に維持し、前記制御部によってオフされると、前記制御端子の電圧を前記第１スイッチング素子がオフする電圧に変化させる第２スイッチング素子を備え、
異常停止状態では、前記第一スイッチ手段によって前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給が可能とされた状態で、前記第２スイッチング素子がオフとされる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
前記起動回路がコンデンサを含み、前記第二スイッチ手段がオンになると、前記第二スイッチ手段を経由して前記コンデンサが放電される、請求項１又は２に記載の電気機器。
前記第一スイッチ手段の状態に関わらず前記バッテリから前記モータへの電力供給を遮断する停止スイッチを備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記停止スイッチにより前記モータへの電力供給が遮断されている状態でのみ操作可能に設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、使用者が操作している間はオンとなり、使用者が手を離すとオフになる、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気機器。
前記制御部に所定の情報を入力する操作ボタンを備え、前記第二スイッチ手段は、前記操作ボタンと比較して使用者による認識が困難となるように設けられている、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記操作ボタンと共に操作パネルに設けられ、前記操作ボタンの表面には表示が設けられる一方、前記第二スイッチ手段の表面には表示が省かれている、ことを特徴とする請求項７に記載の電気機器。
前記第一スイッチ手段は、使用者がオンにした後で手を離してもオン状態を維持する、ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と比較して使用者による認識が困難となるように設けられている、ことを特徴とする請求項１から９の何れか一項に電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と共に操作パネルに設けられ、前記第一スイッチ手段の表面には表示が設けられる一方、前記第二スイッチ手段の表面には表示が省かれている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記第一スイッチ手段と共に防水処理されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の電気機器。
前記第二スイッチ手段は、前記バッテリを収容する電池収容部内に設けられている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気機器。
前記制御部は、前記第二スイッチ手段が所定時間以上長押しされると応答する、ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の電気機器。
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、ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の電気機器。
バッテリと、
モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部を制御する制御部と、
前記制御部に動作電圧を供給する制御系電源と、
前記バッテリから前記制御系電源及び前記モータへの電力供給の可否を切り替える第一スイッチ手段と、
前記バッテリと前記制御系電源との間に設けられた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の制御端子が初期電圧である場合に、前記バッテリからの電力供給開始時に、前記制御端子に前記第１スイッチング素子がオンするために必要な起動電圧を供給する起動回路と、
を備え、
前記制御部が異常を検出した場合に、前記制御部によって前記制御系電源が停止するとともに、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を不可とし、前記モータへの電力供給を停止する異常停止状態とされ、
前記異常停止状態を解除する放電手段を設け、
前記放電手段は、前記制御端子の電圧を初期電圧にし、前記第一スイッチ手段による前記制御系電源の起動を可能とする、ことを特徴とする電気機器。