JP7440543B2 - 作業機及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、作業機及びプログラムに関する。

芝刈機や除雪機等の作業機は、モータ等の駆動源の回転駆動力を用いて所定の作業を行う。特許文献１では、作業負荷に応じて作業用モータの目標回転速度を制御する作業機械が開示されている。

国際公開第２０１９／０９７６８３号

上記従来技術の作業機においては、作業の更なる効率化、高性能化等を目的として、作業機構の駆動態様の改善が求められる場合があった。

本発明は、作業機の更なる高効率化、高性能化等に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、
駆動源と、
前記駆動源によって回転する回転体を含み、該回転体の回転により所定の作業を行う作業部と、
前記回転体が一回転する中で、前記回転体の出力が部分的に異なる値になるように前記駆動源を制御する制御部と、
前記回転体の前記一回転における回転位置を検知する回転センサと、
を備え、
前記回転体は、芝草を切断可能な切断部を有し、
前記制御部は、
前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が高くなるよう前記駆動源を制御す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、作業機の更なる高効率化、高性能化等に有利な技術を提供することができる。

一実施形態に係る作業機の概略を示す側面図。 図１の作業機の内部構成を模式的に示す平面図。 図１の作業機のハードウェア構成の一例を示す図。 制御部によるモータの駆動制御の概略を示すブロック図。 作業機により芝刈りを行う際の芝草の状態を模式的に示す図。 刈られる芝草と切断部の切断方向との関係を説明する図。 刈られる芝草と切断部の切断方向との関係を説明する図。 制御部の処理例を示すフローチャート。 図６のフローチャートを実行した場合のトルク制御器が設定したトルク指令値と回転体の回転位置の関係を示すグラフ。 他の実施形態に係る作業部の模式図。

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。

また、各図において、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する方向を示し、Ｘ方向は作業機Ｗの前後方向、Ｙ方向は作業機Ｗの車幅方向（左右方向）、Ｚ方向は上下方向を示す。なお、以下の説明において、左右方向は、作業機Ｗの前進側を向いた状態での左右を指す。

＜作業機の概略＞
図１は、一実施形態に係る作業機Ｗの概略を示す側面図であり、図２は、図１の作業機Ｗの内部構成を模式的に示す平面図である。作業機Ｗは、作業者が作業機Ｗの後方で歩行しながら後述の操作部６を操作することで芝刈を行ういわゆる歩行型の芝刈機である。作業機Ｗは、本体部１と、本体部１を操作する操作部６とを含む。また、本体部１は、作業用モータＭ（以下、モータＭとする）と、作業部２と、回収部３と、走行部４と、制御部５（図３参照）とを含む。

モータＭは、作業部２の回転体２０の駆動源であり、回転体２０を回転駆動する電動モータである。本実施形態では、モータＭは、３相のブラシレスモータである。しかしながら、モータＭとして他の方式のモータも採用可能である。なお、作業機Ｗは、回転体２０の駆動源としてモータＭに代えてエンジンを備えてもよいし、駆動源としてエンジン及び電動モータを備えていてもよい。また、モータＭと回転体２０の間にモータＭの回転速度を減速する減速機が設けられていてもよい。

作業部２は、モータＭによって回転する回転体２０により所定の作業を行う。本実施形態では、作業部２は、回転体２０と、これを覆うように設けられ、作業部２の作業空間Ｓを画定するカッターハウジング２２（覆い部）とを含む。

回転体２０は、上下方向に延びるモータＭの出力軸１ａを回転軸２０ａとして回転する。本実施形態では、回転体２０は、例えば鉄やアルミ等の金属材料で形成される。回転体２０は、芝草を切断可能な切断部２０１ａ，２０１ｂを有する。本実施形態では、回転体２０は２枚刃のカッターブレードであり、回転軸２０ａを中心にそこから径方向の両側に延設する細長い板状の延設部２０ｂを有するとともに、その両端部に切断部２０１ａ，２０１ｂが設けられている。つまり、回転体２０は、回転軸２０ａに対して周方向に異なる複数の切断部２０１ａ，２０１ｂを有している。そして、図２で示すように、回転体２０が平面視で時計回りに回転することで、切断部２０１ａ，２０１ｂにより芝草が切断される。以下の説明において、切断部２０１ａ，２０１ｂを総称して切断部２０１と呼ぶ場合がある。なお、本実施形態では、回転体２０として２枚刃のカッターブレードが採用されているが、１枚刃又は３枚刃以上のカッターブレードも採用可能である。

また、回転体２０は、対象物を所定の方向に付勢するファン２０２ａ，２０２ｂを含む。本実施形態では、ファン２０２ａ，２０２ｂは、対象物である芝草が回収部３に導入される方向に芝草を付勢する。本実施形態では、ファン２０２ａ，２０２ｂは、回転体２０の回転方向でそれぞれ切断部２０１ａ，２０１ｂの後方に設けられ、回転体２０が回転する平面に対して上方に折り曲げられるように形成されている。これにより、回転体２０の回転により回転方向に空気の流れを発生させると共に、作業空間Ｓから排出口３０１の方向へも空気の流れが生じるので、その空気の流れによって切断された芝草が付勢されて回収部へと導入される。以下の説明において、ファン２０２ａ，２０２ｂを総称してファン２０２と呼ぶ場合がある。

カッターハウジング２２は、回転体２０を覆うとともに、回転体２０の作業空間Ｓを画定している。カッターハウジング２２は、例えば回転体２０の保護や刈られた芝草の飛散防止等のために回転体２０を覆うように設けられる。本実施形態では、カッターハウジング２２は、回転体２０を作業機Ｗの進行方向前進側及び作業機Ｗの側方において覆うように設けられている。

回収部３は、切断部２０１によって切断された芝草を回収するグラスバッグである。本実施形態では、回収部３は作業機Ｗの後部に設けられており、排出口３０１を介してカッターハウジング２２によって覆われる空間と接続している。この構成により、ファン２０２によって生成された空気の流れとともに切断部２０１によって切断された芝草が回収部３内に導入される。なお、回収部３内に導入された空気の排出構造は適宜設計可能である。例えば、回収部３は、導入された空気を再度カッターハウジング２２で覆われた空間側に戻してもよいし、回収部３の後方に排気してもよい。

なお、本実施形態では、排出口３０１は、ファン２０２が回収部３に向かって進む幅方向の範囲W１内に形成されている。ファン２０２は、図２の方向でカッターハウジング２２内の右半分側の０度から１８０度の間を通過するときは回収部３（より詳細には排出口３０１）に向かって進み、左半分側の１８０度から３６０度の間を通過するときは回収部３（より詳細には排出口３０１）から遠ざかるように進む。本実施形態では、排出口３０１の幅方向の範囲が、ファンが排出口３０１に向かって進む右半分側の範囲内に形成される。よって、ファン２０２が排出口３０１から遠ざかる方向に進むことによって発生する空気の流れの影響を抑制することになる。すなわち、排出口３０１側からカッターハウジング２２側に向かって芝草が付勢されることを抑制することができる。

走行部４は、作業機Ｗの走行駆動を行うものである。走行部４は、作業機Ｗの幅方向に離間してそれぞれ設けられる一対の前輪４０及び一対の後輪４２と、走行用モータ４４とを含む。本実施形態では、走行用モータ４４の回転駆動力が不図示の伝達機構を介して後輪４２へと伝達される。なお、走行用モータ４４の回転駆動力は、伝達機構によって適宜変換された回転速度によって伝達されてもよい。また、作業機Ｗは、走行用モータ４４の回転駆動力が前輪４０に伝達される前輪駆動であってもよい。なお、一実施形態において、走行用モータ４４は省略可能である。すなわち、走行部４が前輪４０及び後輪４２を備え、作業者が作業機Ｗを押す力により作業機Ｗが走行してもよい。

操作部６は、作業者が作業機Ｗを操作するためのものであり、バー６０と、作業操作部６２と、走行操作部６４とを含む。バー６０は、本体部１に固定された一端から後方且つ上方に左右一対に延在し、これらの上方の端部において接続する。走行操作部６４は、バー６０に設けられ、作業者による走行部４の操作のための各種入力を受け付ける。また、作業操作部６２は、バー６０に設けられ、作業者による作業部２の操作するための各種入力を受け付ける。一例として、作業操作部６２は、作業部２の駆動の始動／停止の切り替えについての入力を受け付けてもよい。また、作業操作部６２は、作業部２の駆動態様として複数のモードが設けられている場合には、モードの切り替えについての入力を受け付けてもよい。

また、本体部１は、作業部２を制御する制御部５及び作業機Ｗの各電気的要素に電力を供給可能なバッテリ８０を含む。さらに、本体部１は、作業部２やバッテリ８０等を覆うカバー部材８４を含む。

＜制御構成＞
次に、制御部５による作業部２の制御構成について説明する。図３は、作業機Ｗのハードウェア構成の一例を示す図であって、作業部２の駆動に関する構成を中心に示した図である。一実施形態において、制御部５は、モータＭの駆動を制御するＰＤＵ(Power Drive Unit)であり、ＭＣＵ(Micro Control Unit)５１と、インバータ回路５２と、電流センサ５３とを含む。

ＭＣＵ５１は、ＣＰＵに代表されるプロセッサ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等のメモリ、プロセッサと外部デバイスとの信号の送受信を中継する入出力インタフェース（いずれも不図示）を有する。ＭＣＵ５１は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが処理することにより各種制御を実行する。具体的には、ＭＣＵ５１は、モータＭの回転数制御やトルク制御を実行し、インバータ回路５２へ出力する駆動信号を生成する。すなわち、ＭＣＵ５１は、モータＭの駆動回路を構成する。ＭＣＵ５１はプログラムに係る本発明を実施するコンピュータとなり得る。

インバータ回路５２は、ＭＣＵ５１が出力した駆動信号に基づいて、バッテリ８０の直流電流を交流のモータ駆動電流に変換しモータＭに出力する。なお、インバータ回路５２の構成は周知であるためその詳細な説明は省略する。また、電流センサ５３は、インバータ回路５２からモータＭに出力された電流値を検知する。

また、本実施形態では、作業機Ｗは、モータＭの回転速度及び回転位置、換言すれば回転角度、を検知する回転センサ８２を有する。例えば、回転センサ８２は回転の機械的変位量を電気信号に変換し、この信号を処理して位置、回転速度などを検知可能なロータリエンコーダでありうる。なお、タコメータ等の回転速度を検知するセンサとポテンショメータ等の回転位置を検知するセンサがそれぞれ別に設けられていてもよい。なお、一実施形態において回転センサ８２は省略されてもよい。この場合、モータＭの誘起電圧などによって回転するモータＭの機械的位置が推定されてもよい。また、この推定結果に基づいてモータＭの回転速度が推定されてもよい。

なお、図３に示す構成は例示であって他の構成も採用可能である。例えば、駆動信号を出力するＭＣＵ５１と駆動信号に基づいてモータ駆動電流を出力するインバータ回路５２と別体に設けられる構成も採用可能である。また、図３では図示していないが、走行用モータ４４の駆動制御と、作業用のモータＭの駆動制御とを１つの電子制御ユニット（ＥＣＵ）で行ってもよい。さらに、ＭＣＵ５１によって実現する機能の少なくとも一部をハードウェアにより構成してもよい。また、ＭＣＵ５１に代えてＭＰＵ(Micro Processing Unit)を用いて各種制御を実行してもよい。

図４は、制御部５によるモータＭの駆動制御の概略を示すブロック図である。本実施形態では、ＭＣＵ５１により実現される回転数制御器５１１及びトルク制御器５１２により駆動信号としての電流指令値が決定され、インバータ回路５２がその電流指令値に基づいてモータＭの出力を制御する。

回転数制御器５１１は、所定の回転数指令値と、回転センサ８２が取得したモータＭの実回転数との差分に基づいて、モータＭの実回転数が回転数指令値に近づくようにトルク指令値を出力する。トルク制御器５１２は、回転数制御器５１１が出力したトルク指令値及び電流センサ５３により取得されたモータＭの駆動電流値に基づいて、モータＭが狙いの挙動となるようなトルク指令値を算出し、それに対応した電流指令値をインバータ回路５２に出力する。インバータ回路５２は、トルク制御器５１２が出力した電流指令値に基づいてバッテリ８０の直流電流を交流のモータ駆動電流に変換しモータＭに出力する。

ここで、制御部５は、ベクトル制御を用いて上述したモータＭの駆動制御を実行している。ベクトル制御は周知の技術であるため詳細な説明は省略するが、概略を述べると、ベクトル制御は３相の交流値を座標変換等により２相の直流値として扱い演算処理を行う制御である。ベクトル制御を用いることで、制御対象が常に変化する３相の交流値ではなく直流値になるので、モータＭの駆動電流値を直接制御することができ、より効果的なトルク制御を行うことができる。例えば、１２０度通電制御や正弦波制御のように、回転センサ８２の検知結果に基づく回転数制御のみを行う場合、トルクの制御は困難である。しかし、ベクトル制御を用いて駆動電流値を直接制御することで、モータＭが一回転する中でも回転速度及びトルクの増減を実現することができる。

また、本実施形態の場合、制御部５は、モータＭの回転数制御及びトルク制御の両方を実行している。そのため、制御部５は、回転数制御によって所定の回転数でモータＭを回転させつつ、トルク制御によってモータＭが一回転する中での回転速度又はトルクの増減を行うことができる。つまり、制御部は５、モータＭの回転数を回転数制御によってマクロ的に制御しつつ、モータＭのトルクをトルク制御によってミクロ的に制御することができる。

＜作業機Ｗの動作例＞
図５Ａは、作業機Ｗにより芝刈りを行う際の芝草ｇの状態を模式的に示す図であり、図５Ｂ及び図５Ｃは、刈られる芝草ｇと切断部２０１の切断方向との関係を説明する図である。

上述のように、回転体２０の前進側にはカッターハウジング２２が設けられている。このため、作業機Ｗが走行部４により前進しながら芝刈を行う場合、回転体２０前方の芝草ｇがカッターハウジング２２あるいはカバー部材８４により前進側に倒される。よって、切断部２０１によって切断される時点で芝草の傾きが元に戻っていない場合、芝草ｇは前進側に傾いた状態で切断部２０１により切断されることになる。

ここで、切断部２０１が図２で示す回転角度で２７０度から３６０度までの範囲Ｒ４を回転している間に芝草を切断した場合、つまり作業機Ｗの左半分側で芝草を切断した場合、切断部２０１は前進方向に移動しながら芝草ｇに接触する。すなわち、切断部２０１は図５Ｂの矢印Ａ方向に芝草と接触する。この場合、切断部２０１と芝草ｇが鈍角Θ１に接触するため、切断部２０１と芝草との間の抵抗が比較的小さく切断部２０１が芝草ｇに対して滑ってしまう場合がある。そのため、図５Ｃに示すように、芝草ｇが切断部２０１によって図５Ｂに示す状態よりもさらに倒された状態で切断される場合がある。すなわち、切断部２０１と芝草ｇが接触した時点のこれらの角度Θ１（図５Ｂ）よりも、実際に芝草ｇが刈られる時点でのこれらの角度Θ３（図５Ｃ）が大きくなる場合がある。その結果、範囲Ｒ４を回転している間に芝草を切断した場合の切断部分ｇ２の長さは、切断部２０１が芝草ｇに対して滑らずに切断される場合の切断部分ｇ１の長さよりも短くなってしまう場合がある。このため、切断後の芝草ｇの高さが上側にずれてしまう傾向にある。

一方で、切断部２０１が図２で示す回転角度で０度から９０度までの範囲Ｒ１を回転している間に芝草を切断した場合、つまり作業機Ｗの右半分側で芝草を切断した場合、切断部２０１は後進方向に移動しながら芝草に接触する。すなわち、切断部２０１は図５Ｂの矢印Ｂ方向に芝草と接触する。この場合、切断部２０１と芝草の切断される部分ｇ１が鋭角Θ２に接触するため、切断部２０１と芝草との間の抵抗が比較的大きく切断部２０１は芝草に対して滑りにくい。そのため、矢印Ａの方向に切断する場合と比べて切断後の芝草の高さが上側にずれにくい傾向にある。

この結果、芝草の刈られた部分において作業機Ｗの左半分側で刈られた箇所と右半分側で刈られた箇所で芝刈後の高さに差が出てしまう場合がある。よって、芝草が使用者の意図しない高さに刈られてしまう場合があり、作業機Ｗの作業効率に影響を与える場合がある。そのため、作業機Ｗによる芝刈作業の更なる効率化、高性能化等を目的として、作業機構の駆動態様の改善が求められる場合があった。

そこで、本実施形態では、制御部５が以下の処理を行うことにより芝刈後の高さの差を低減している。図６は、制御部５の処理例を示すフローチャートである。例えば、本フローチャートは、作業操作部６２が受け付けた、作業部２の始動についての信号を制御部５が受信すると開始する。なお、Ｓ１が回転数制御器５１１の処理に対応し、Ｓ２以降がトルク制御器５１２の処理に対応する。

Ｓ１で、回転数制御器５１１は、回転数制御を行う。具体的には、所定の回転数指令値と、回転センサ８２の検知結果に基づいて取得したモータＭの実回転数の差分に基づいて、モータＭの実回転数が回転数指令値に近づくようにトルク指令値を決定する。なお、所定の回転数指令値は、例えば作業機Ｗの種類によって定められた固定値であってもよいし。操作部６により作業モード等を選択可能な場合にはモードに応じて定められた値であってもよい。

Ｓ２で、トルク制御器５１２は、回転体２０の回転位置を取得する。具体的には、トルク制御器５１２は、回転センサ８２の検知結果に基づいて回転位置を取得する。

Ｓ３で、トルク制御器５１２は、回転体２０の位置が所定の範囲内か否かを確認し、所定の範囲内の場合はＳ４に進み、所定の範囲外の場合はＳ５に進む。本実施形態では、所定の範囲は、切断部２０１ａ及び２０１ｂのいずれかが、２７０度から３６０度の間に位置する範囲である。

Ｓ４で、トルク制御器５１２は、トルク指令値を回転数制御に基づく値と異なる値に設定する。本実施形態では、トルク制御器５１２は、トルク指令値を既定値よりも高くなるように設定する。一方、Ｓ５で、トルク制御器５１２は、トルク指令値を回転数制御に基づく値に設定する。

Ｓ６で、トルク制御器５１２は、Ｓ４又はＳ５で設定したトルク指令値を直流の電流指令値に変換して、駆動信号としてインバータ回路５２に出力する。例えば、トルク制御器５１２は、ＭＣＵ５１のメモリに記憶されているトルク指令値－電流指令値の変換テーブルを参照して変更を行う。

図７は、図６のフローチャートを実行した場合のトルク制御器が設定したトルク指令値と回転体２０の回転位置の関係を示すグラフである。横軸は、切断部２０１ａの回転角度を示す。トルク制御器５１２は、切断部２０１が９０度から１８０度までの範囲Ｒ２及び範囲Ｒ４に位置している場合に、トルク指令値が規定値よりも高くなるように制御されている。ここで、切断部２０１ａが範囲Ｒ２に位置しているときは、切断部２０１ｂが範囲Ｒ４に位置することになる。したがって、トルク制御器５１２は、切断部２０１ａ及び切断部２０１ｂのいずれかが範囲Ｒ４に位置するときにトルク指令値が高くなるように制御を実行している。

これにより、切断部２０１ａ及び切断部２０１ｂのいずれかが前進方向に移動しながら芝草を切断している間のトルク指令値が規定値よりも高くなる。したがって、芝草の切断後の高さが上側にずれやすい回転位置における回転体２０の回転速度が上がるので、切断される芝草の高さが上側にずれにくくなり、芝刈後の芝草の高さに差が生じにくくなる。すなわち、作業機Ｗは、芝草をより同様の高さに刈ることができる。したがって、上記制御により作業機Ｗによる芝刈りの仕上がり性、換言すれば作業機Ｗの作業性能を向上することができる。

なお、本実施形態では、制御部５は、回転体２０が一回転する中でモータＭのトルクが部分的に異なる値になるようにモータＭを制御しているが、一回転する中でモータＭの回転速度が部分的に異なる値になるようにモータＭを制御してもよい。具体的には、制御部５は、芝草の切断高さが上側にずれやすい状態においてモータＭの回転数が高くなるようにモータＭを制御してもよい。つまり、制御部５は、回転体２０が一回転する中でモータＭの出力が高くなるようにモータＭを制御してもよい。このような制御を採用することで、採用しない場合と比べて芝草の切断高さが上側にずれやすい状態での回転体２０の相対的な回転速度が増加するので、芝刈後の芝草の高さに差が生じにくくなる。したがって、作業機Ｗの作業性能を向上することができる。

なお、上記処理例では、トルク指令値を増加させる所定の範囲は切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが範囲Ｒ４に位置する範囲であるが、出力を変更する角度の所定の範囲は変更可能である。一実施形態において、所定の範囲は切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが前進方向に移動する範囲の少なくとも一部分であってもよい。具体的には、所定の範囲は切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが２７０度から３００度までの間に位置する範囲であってもよい。切断部２０１の移動速度の前進方向のベクトル成分がより大きい範囲に限定してモータＭの出力を高くすることにより、作業性能を向上しつつ、モータＭの駆動による電力消費を抑制することができる。

なお、上記処理例では作業機Ｗの作業性能の向上を考慮して所定の範囲を設定したが、作業機Ｗの省電力化も考慮して所定の範囲が設定されてもよい。作業機Ｗが前進しながら作業部２により芝草を刈る場合、切断部２０１は回転軸２０ａの前側の範囲である範囲Ｒ１及び範囲Ｒ４を移動する際に大部分の芝草を刈ることになる。そのため、切断部２０１が範囲Ｒ２及び範囲Ｒ３を移動する際は、既に大部分の芝草が刈られた部分を通過することになるので、範囲Ｒ１及びＲ４を移動する場合ほどトルクを高める必要性が少ない。したがって、所定の範囲を、切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが回転体２０の回転軸２０ａよりも前進側、すなわち範囲Ｒ４及び範囲Ｒ１の少なくとも一部分に設定してもよい。例えば１枚刃の場合、刃具が範囲Ｒ２及び範囲Ｒ３を通過する際に他の刃具が範囲Ｒ４及び範囲Ｒ１を通過することが無いので、範囲Ｒ２及び範囲Ｒ３においてトルクまたは速度を高めなくても仕上がり性に影響が少ない。よって、範囲Ｒ４及び範囲Ｒ１の少なくとも一部分を所定の範囲に設定することで作業機Ｗの省電力化を図ることができる。さらに言えば、範囲Ｒ１は、範囲Ｒ４よりも芝草の切断位置が上側にずれにくいため、範囲Ｒ４ほどトルク又は回転速度を高める必要がない。したがって、範囲Ｒ４の少なくとも一部分を所定の範囲に設定することでより効果的に作業機Ｗの省電力化を図ることができる。

上記処理例では、制御部５は所定の範囲でモータＭの出力が高くなるようモータＭを制御しているが、所定の範囲でモータＭの出力が低くなるようにモータＭを制御してもよい。一例として、制御部５は、切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが範囲Ｒ１に位置している間にトルク指令値が低くなるようにモータＭを制御してもよい。

上記処理例では、制御部５が、芝刈りの仕上がり性等を考慮してトルク指令値が異なる値になるようにモータＭを制御する例を説明した。しかしながら、制御部５は、ファン２０２による芝草の付勢方向を考慮してトルク指令値が異なる値になるようにモータＭを制御してもよい。

本実施形態では、ファン２０２によって生成された空気の流れにより刈った芝草を、排出口３０１を介して後方の回収部３に導入している。よって、回収部３への排出口３０１に向かう空気の流れがより大きくなると、より効果的に芝草が回収部３に導入される。ここで、排出口３０１へ向かう空気の流れを大きくする条件として、ファン２０２ａ，２０２ｂのいずれかが排出口３０１に近づく方向に移動している際の回転体２０の回転出力を上げることが考えられる。一例として、ファン２０２ａ，２０２ｂのいずれかが０度から１８０度までの範囲や、９０度から１８０度までの範囲、又は４５度から１３５度までの範囲を回転する場合等に回転体２０の出力を上げることが考えられる。したがって、制御部５は、これらの範囲においてモータＭのトルク指令値を指定値よりも高くなるように制御することで、より効果的に芝草を回収部３に向かって付勢することができ、芝草の回収効率を向上することができる。なお、排出口３０１が図２で示す幅方向の範囲Ｗ２内に形成される場合、すなわち、平面視でハウジング内の左半分側の範囲に形成される場合、回転体２０を図２で示す回転方向と逆方向に回転させてもよい。この場合、ファン２０２ａ，２０２ｂのいずれかが排出口３０１に近づく範囲である範囲Ｒ３及び範囲Ｒ４の少なくとも一部において回転体２０の出力を上げてもよい。

また、芝刈りの仕上がり性及び芝草の回収効率の両方を考慮して範囲を定めてもよい。例えば、制御部５は、切断部２０１ａ，２０１ｂのいずれかが２７０度から３００度までの範囲に位置する場合にトルクを増加させるとともに、ファン２０２ａ、２０２ｂのいずれかが６０度から９０度までの範囲に位置する場合にトルクを増加させてもよい。この場合、切断部２０１の位置に基づいてトルクを増加させる場合と、ファン２０２の位置に基づいてトルクを増加させる場合とでトルクの増加量を異ならせてもよい。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、ファン２０２と切断部２０１が回転体２０に一体に設けられているが、これらがそれぞれ別体として設けられてもよい。図８は、他の実施形態に係る作業部９２の模式図であって、回転体９２０に切断部９２０１が、回転体９２１にファン９２１２が、それぞれ設けられる例を示す図である。このように、切断部９２０１及びファン９２１２がモータＭにより回転可能にそれぞれ設けられてもよい。

また、このような場合において、切断部９２０１とファン９２１２の角度をずらして設けてもよい。さらに言えば、切断部９２０１による切断のためにトルクを上げたいタイミングと、ファン９２１２による芝草の回収のためにトルクを上げたいタイミングが一致するように、これらの角度をずらしてもよい。

例えば、切断部９２０１ａ，９２０１ｂのいずれかが範囲Ｒ４に位置する場合及びファン９２１２ａ，９２１２ｂのいずれかが４５－１３５度までの間に位置する場合にトルクを増加させるとする。この場合、ファン９２０２ａが切断部９２０１ａに対して回転方向と反対側に４５度ずれて配置されてもよい。これにより、切断部９２０１による切断のためにトルクを上げたいタイミングと、ファン９２１２による芝草の回収のためにトルクを上げたいタイミングが一致するので、より効果的に仕上がり性の向上と芝草の回収効率の両立を図ることができる。

また、上記実施形態では、切断部２０１を構成する回転体２０の材料として鉄やアルミ等の金属材料を挙げている。しかしながら、より軽量の回転体２０を採用してもよい。すなわち、より軽量の刃具を切断部２０１として採用してもよい。

上述の回転数制御のみでモータＭの駆動制御を行う場合、回転体２０の材料として、回転速度を安定化させるために比較的慣性モーメントの大きい金属材料が用いられていた。しかしながら、上記ベクトル制御を用いることにより、モータＭの電流指令値を直接制御することができるので、より軽量の材質の刃具を用いた場合でも回転体２０の挙動を安定的に維持することができる。

一例として、円板状の回転体に切断部として板状の樹脂刃が延設される構成や、円板状の回転体にいわゆるナイロンコードが取り付けられる構成も採用可能である。このような慣性モーメントのより小さい刃具を用いることで制御における慣性の影響を低減できるので、より高精度な駆動制御が実行可能になる。また、回転体自体の重量が小さくなることで回転に要する電力が小さくなるので、モータＭの駆動に関する消費電力を低減することができる。

また、切断部２０１の他の態様としては、円板状の回転体の周方向に離間して切断部が設けられるディスクブレード等であってもよい。また、刃の枚数もこれに限られず、１枚刃や３枚刃であってもよい。

上記実施形態では、回収部３により刈った芝草を回収しているが、作業機Ｗ外に芝を排出するいわゆるサイドディスチャージ式の芝刈機にも採用可能である。この場合でも排出口に向けて付勢する領域でトルクを上げてもよい。これにより、作業機Ｗの外部に向かう付勢力が大きくなるように回転体２０の出力が制御されるので、排出された芝草が塊になることを抑制することができる。

上記実施形態では、歩行型芝刈機を例に説明したが、乗用芝刈機やロボット芝刈機等にも上記実施系他に係る構成を適用可能である。

また、芝刈機に限らず、除雪機や耕うん機等、他の作業機にも適用可能である。例えば、除雪機において、オーガで掻き集めた雪を所定の方向に付勢して吹き飛ばすブロアにおいて、投雪方向に付勢する位置でトルクを上げてもよい。これにより、ブロアによって十分に雪が飛ばされず、飛ばされた雪が作業機付近で塊になってしまうことを抑制することができる。

＜実施形態のまとめ＞
上記実施形態は以下の作業機及びプログラムを少なくとも開示する。

上記実施形態の作業機(例えばW)は、
駆動源(例えばM)と、
前記駆動源によって回転する回転体(例えば20)を含み、該回転体の回転により所定の作業を行う作業部(例えば2)と、
前記回転体が一回転する中で、前記回転体の出力が部分的に異なる値になるように前記駆動源を制御する制御部(例えば5,S3,S4)と、
を備える。

この実施形態によれば、作業機の更なる高効率化、高性能化等に有利な技術を提供することができる。

２．上記実施形態によれば、
前記回転体は、芝草を切断可能な切断部(例えば201)を有し、
前記作業部は、前記回転体を、少なくとも前記作業機の進行方向の前進側で覆う覆い部(例えば22)を含む。

この実施形態によれば、前記覆い部によって倒された芝を刈る際の前記回転体の出力が一回転の中で部分的に異なるので、刈られた芝草の長さを変更することができる。

３．上記実施形態によれば、
前記制御部は、前記切断部が前記前進側に移動する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、芝草と前記切断部の間に生じる抵抗が比較的小さい領域において回転体の出力が高くなるので、前記切断部が芝草を切断する際に芝草に対して滑りにくくなる。よって、刈られた芝草の高さをより揃えることができる。

４．上記実施形態によれば、
前記制御部は、前記切断部が前記回転体の回転軸よりも前記前進側に位置する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記切断部が刈る芝の量がより多い領域での出力が高くなるので、作業効率の向上と消費電力の低減の両立を図ることができる。

５．上記実施形態によれば、
前記制御部は、前記切断部が前記進行方向の後進側に移動する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が低くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記切断部と芝草の間に生じる抵抗が大きく芝草に対して前記切断部が滑りにくい領域では回転体の出力が低くなるので、消費電力の低減を図ることができる。

６．上記実施形態によれば、
前記回転体は、周方向に異なる複数の前記切断部を有し、
前記制御部は、前記複数の前記切断部の少なくともいずれかが前記少なくとも一部分にある場合の前記出力が、前記複数の前記切断部のいずれもが前記少なくとも一部分に無い場合の前記出力と異なる値になるように、前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、複数の切断部を有する場合において、作業効率の向上を図ることができる。

７．上記実施形態によれば、
前記回転体は、該回転体の回転により対象物を付勢する付勢部(例えば202)を有する。

この実施形態によれば、前記付勢部を有する前記回転体の出力が一回転の中で部分的に異なるので、回転位置に応じて前記対象物に対する付勢力を異ならせることができる。

８．上記実施形態によれば、
前記作業部は、芝草を切断可能な切断部(例えば201)と、前記回転体を覆う覆い部(例えば22)とをさらに含み、
前記覆い部には、前記対象物である、前記切断部によって刈られた前記芝草を前記覆い部によって覆われた領域から排出する排出口(例えば301)が形成され、
前記制御部は、前記回転体が一回転する中で、前記付勢部が前記芝草を前記排出口の方向へ付勢する範囲の少なくとも一部分において前記回転体の出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記排出口へ向かう方向への前記芝草の付勢力が大きくなるので、より効果的に前記芝草を排出することができる。

９．上記実施形態によれば、
前記回転体は、該回転体の回転軸から径方向に延設した延設部(例えば20b)を有し、
前記付勢部及び前記切断部が前記延設部に設けられ、
前記排出口は、前記覆い部の進行方向後進側に設けられ、
前記制御部は、前記回転体が一回転する中で、前記付勢部が前記芝草を前記排出口の方向へ付勢し、かつ、前記延設部が前記回転軸よりも前進側に位置する範囲の少なくとも一部分において前記回転体の出力が高くなるように前記駆動源を制御する、

この実施形態によれば、芝草をより効果的に排出しつつ、前記切断部が刈る芝の量が少ない領域での出力を抑制することで消費電力の低減を図ることができる。

１０．上記実施形態によれば、
前記排出口は、前記付勢部が前記排出口に向かって進む幅方向の範囲内に形成される。

この実施形態によれば、前記排出口側から前記覆い部側に向かって芝草が付勢されることを抑制することができる。

１１．上記実施形態によれば、
前記排出口は、前記作業機の外部に前記対象物を排出するように形成される。

この実施形態によれば、前記作業機の外部に向かう付勢力が大きくなるように前記回転体の出力が制御されるので、排出された芝草が塊になることを抑制することができる。

１２．上記実施形態のプログラムは、
駆動源(例えばM)と、前記駆動源によって回転する回転体(例えば20)を含み、該回転体の回転により所定の作業を行う作業部(例えば2)と、を備える作業機(例えばW)を制御するためにコンピュータを、
前記回転体が一回転する中で、前記回転体の出力が部分的に異なる値になるように前記駆動源を制御する制御手段(例えばS3,S4)、として機能させる。

この実施形態によれば、作業機の更なる高効率化、高性能化等に有利な技術を提供することができる。

１３．上記実施形態によれば、
前記回転体は、芝草を切断可能な切断部(例えば201)を有し、
前記作業部は、前記回転体を、前記作業機の進行方向の前進側で覆う覆い部(例えば22)を含む。

この実施形態によれば、前記覆い部によって倒された芝を刈る際の回前記転体の出力が一回転の中で部分的に異なるので、刈られた芝草の長さを変更することができる。

１４．上記実施形態によれば、
前記制御手段は、前記切断部が前記前進側に移動する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、芝草と前記切断部の間に生じる抵抗が比較的小さい領域において回転体の出力が高くなるので、前記切断部が芝草を切断する際に芝草に対して滑りにくくなる。よって、刈られた芝草の高さをより揃えることができる。

１５．上記実施形態によれば、
前記制御手段は、前記切断部が前記回転体の回転軸よりも前記前進側に位置する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記切断部が刈る芝の量がより多い領域での出力が高くなるので、作業効率の向上と消費電力の低減の両立を図ることができる。

１６．上記実施形態によれば、
前記制御手段は、前記切断部が前記進行方向の後進側に移動する範囲の少なくとも一部分において、前記少なくとも一部分と異なる部分よりも前記出力が低くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記切断部と芝草の間に生じる抵抗が大きく芝草に対して前記切断部が滑りにくい領域では回転体の出力が低くなるので、消費電力の低減を図ることができる。

１７．上記実施形態によれば、
前記回転体は、周方向に異なる複数の前記切断部を有し、
前記制御手段は、前記複数の前記切断部の少なくともいずれかが前記少なくとも一部分にある場合の前記出力が、前記複数の前記切断部のいずれもが前記少なくとも一部分に無い場合の前記出力と異なる値になるように、前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、複数の切断部を有する場合において、作業効率の向上を図ることができる。

１８．上記実施形態によれば、
前記回転体は、該回転体の回転により対象物を付勢する付勢部(例えば202)を有する。

この実施形態によれば、前記付勢部を有する前記回転体の出力が一回転の中で部分的に異なるので、回転位置に応じて前記対象物に対する付勢力を異ならせることができる。

１９．上記実施形態によれば、
前記作業部は、芝草を切断可能な切断部(例えば201)と、前記回転体を覆う覆い部(例えば22)とをさらに含み、
前記覆い部には、前記対象物である、前記切断部によって刈られた前記芝草を前記覆い部によって覆われた領域から排出する排出口が形成され、
前記制御手段は、前記回転体が一回転する中で、前記付勢部が前記芝草を前記排出口の方向へ付勢する範囲の少なくとも一部分において前記回転体の出力が高くなるように前記駆動源を制御する。

この実施形態によれば、前記排出口へ向かう方向への前記芝草の付勢力が大きくなるので、より効果的に前記芝草を排出することができる。

２０．上記実施形態によれば、
前記排出口は、前記覆い部の進行方向後進側に設けられ、
前記一部分は、前記付勢部が後進側に移動する部分である。

この実施形態によれば、芝草をより効果的に排出しつつ、前記切断部が刈る芝の量が少ない領域での出力を抑制することで消費電力の低減を図ることができる。

２１．上記実施形態によれば、
前記排出口は、前記付勢部が前記排出口に向かって進む幅方向の範囲内に形成される。

この実施形態によれば、前記排出口側から前記覆い部側に向かって芝草が付勢されることを抑制することができる。

２２．上記実施形態によれば、
前記排出口は、前記作業機の外部に前記対象物を排出するように形成される。

この実施形態によれば、前記作業機の外部に向かう付勢力が大きくなるように前記回転体の出力が制御されるので、排出された芝草が塊になることを抑制することができる。

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。

Claims (20)

1. 駆動源と、
   前記駆動源によって回転する回転体を含み、該回転体の回転により所定の作業を行う作業部と、
   前記回転体が一回転する中で、前記回転体の出力が部分的に異なる値になるように前記駆動源を制御する制御部と、
   前記回転体の前記一回転における回転位置を検知する回転センサと、
   を備え、
   前記回転体は、芝草を切断可能な切断部を有し、
   前記制御部は、
   前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が高くなるよう前記駆動源を制御す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、
   前記作業部は、前記回転体を、少なくとも前記作業機の進行方向の前進側で覆う覆い部を含む、
   ことを特徴とする作業機。
3. 請求項２に記載の作業機であって、前記所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記前進側に移動する範囲であることを特徴とする作業機。
4. 請求項２に記載の作業機であって、前記所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記回転体の回転軸よりも前記前進側に位置する範囲であることを特徴とする作業機。
5. 請求項２乃至４の何れか１項に記載の作業機であって、
   前記制御部は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における第２の所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該第２の所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が低くなるよう前記駆動源を制御し、
   前記第２の所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記進行方向の後進側に移動する範囲であることを特徴とする作業機。
6. 請求項３又は４に記載の作業機であって、
   前記回転体は、周方向に異なる複数の前記切断部を有し、
   前記制御部は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、複数の前記切断部の少なくともいずれかが前記所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、複数の前記切断部のいずれもが前記所定の回転位置範囲内に無いときよりも前記出力よりも高くなるよう前記駆動源を制御する、
   ことを特徴とする作業機。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の作業機であって、前記回転体は、該回転体の回転により対象物を付勢する付勢部を有することを特徴とする作業機。
8. 請求項７に記載の作業機であって、
   前記作業部は、前記回転体を覆う覆い部をさらに含み、
   前記覆い部には、前記対象物である、前記切断部によって刈られた前記芝草を前記覆い部によって覆われた領域から排出する排出口が形成され、
   前記制御部は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における第３の所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該第３の所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が高くなるよう前記駆動源を制御し、
   前記第３の所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記付勢部が前記芝草を前記排出口の方向へ付勢する範囲である
   ことを特徴とする作業機。
9. 請求項８に記載の作業機であって、
   前記回転体は、該回転体の回転軸から径方向に延設した延設部を有し、
   前記付勢部及び前記切断部が前記延設部に設けられ、
   前記排出口は、前記作業機の進行方向における前記覆い部の後進側に設けられ、
   前記制御部は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記第３の所定の角度範囲内、かつ、前記延設部が前記回転軸よりも前記進行方向の前進側に位置する範囲内にあることを示すときに、前記回転体の前記出力が高くなるように前記駆動源を制御する、
   ことを特徴とする作業機。
10. 請求項９に記載の作業機であって、
    前記排出口は、前記付勢部が前記排出口に向かって進む幅方向の範囲内に形成される、
    ことを特徴とする作業機。
11. 請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の作業機であって、前記排出口は、前記作業機の外部に前記対象物を排出するように形成されることを特徴とする作業機。
12. 駆動源と、前記駆動源によって回転する回転体を含み、該回転体の回転により所定の作業を行う作業部と、前記回転体の一回転における回転位置を検知する回転センサと、を備える作業機であって、前記回転体は、芝草を切断可能な切断部を有する、前記作業機を制御するためにコンピュータを、
    前記回転体が前記一回転する中で、前記回転体の出力が部分的に異なる値になるように前記駆動源を制御する制御手段、
    として機能させるためのプログラムであって、
    前記制御手段は、
    前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が高くなるよう前記駆動源を制御することを特徴とするプログラム。
13. 請求項１２に記載のプログラムであって、前記所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記作業機の進行方向の前進側に移動する範囲であることを特徴とするプログラム。
14. 請求項１２に記載のプログラムであって、前記所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記回転体の回転軸よりも前記作業機の進行方向の前進側に位置する範囲であることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１２乃至１４の何れか１項に記載のプログラムであって、
    前記制御手段は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、前記切断部が前記一回転における第２の所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該第２の所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が低くなるよう前記駆動源を制御し、
    前記第２の所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記切断部が前記作業機の進行方向の後進側に移動する範囲であることを特徴とするプログラム。
16. 請求項１３又は１４に記載のプログラムであって、
    前記制御手段は、前記回転センサが検知した前記回転位置が、複数の前記切断部の少なくともいずれかが前記所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、複数の前記切断部のいずれもが前記所定の回転位置範囲内に無いときよりも前記出力よりも高くなるよう前記駆動源を制御する、
    ことを特徴とするプログラム。
17. 請求項１２乃至１６の何れか１項に記載のプログラムであって、
    前記回転体を覆う覆い部には、対象物である、前記切断部によって刈られた前記芝草を前記覆い部によって覆われた領域から排出する排出口が形成され、
    前記制御手段は、前記切断部が前記一回転における第３の所定の回転位置範囲内にあることを示すときに、該第３の所定の回転位置範囲内にないときよりも前記出力が高くなるよう前記駆動源を制御し、
    前記第３の所定の回転位置範囲は、前記一回転において前記回転体の回転により前記対象物を付勢する付勢部が前記芝草を前記排出口の方向へ付勢する範囲である、
    ことを特徴とするプログラム。
18. 請求項１７に記載のプログラムであって、
    前記排出口は、前記作業機の進行方向における前記覆い部の後進側に設けられる、
    ことを特徴とするプログラム。
19. 請求項１８に記載のプログラムであって、
    前記排出口は、前記付勢部が前記排出口に向かって進む幅方向の範囲内に形成される、
    ことを特徴とするプログラム。
20. 請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載のプログラムであって、前記排出口は、前記作業機の外部に前記対象物を排出するように形成されることを特徴とするプログラム。

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