WO2016104187A1

WO2016104187A1 - 自走式芝刈機

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Publication number: WO2016104187A1
Application number: PCT/JP2015/084800
Authority: WO
Inventors: 伊藤　達也; 西河　智雅; 飯村　良雄; 清水　康雄; 恭嗣中野; 一彦船橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: DE212015000289U1; JPWO2016104187A1; CN207075240U

Abstract

従来と比較して蓄電池を確実に満充電にすることが可能で低コスト化にも有利な自走式芝刈機を提供する。自走式芝刈機１は、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。自走式芝刈機１において、充電回路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。制御部１５は、Ｔ端子から蓄電池３０の種類（定格出力電圧等）の識別信号を受信し、装着された蓄電池３０の定格出力電圧に合わせた電圧で充電回路１３が充電動作を行うように制御する。

Description

自走式芝刈機

　本発明は、蓄電池の電力によって動作する自走式芝刈機に関する。

　ヘッジトリマ等の家庭用の園芸工具の電源として、定格出力電圧３６Ｖの蓄電池が市場で普及している。さらに近年、芝刈機の形態として手押式や乗用等に対して、制御により自律して走行を行う自走式芝刈機が登場している。自走式芝刈機においても、定格出力電圧３６Ｖの蓄電池を電源として使用することがある。蓄電池を満充電にするには、充電用の電圧として定格出力電圧より高い直流電圧が必要となる。下記特許文献１は、自走式芝刈機の制御について開示する。下記特許文献２は、自走式装置用の充電装置の構成を開示する。

特開平５－２３００２号公報特開２００７－３３６６７２号公報

　従来の自走式芝刈機は、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。このため、直流電圧を出力する充電ベースと自走式芝刈機との間、すなわち二次側回路内に着脱部が必要となり、充電ベースからの直流出力電圧は低い方が望ましく、例えば４２Ｖ以下にすることが望ましい。４２Ｖに対して余裕を取ることが望ましいことや、蓄電池の充電端子に至るまでの電圧降下を考えると、定格出力電圧３６Ｖの蓄電池を満充電にすることは難しかった。また、充電ベースから４２Ｖ程度を出力する場合、充電ベースからの出力電圧が加わる回路部品を耐圧の高い高価な部品にしなければならず、製造原価が高くなるという問題があった。

　また、本体内に蓄電池を内蔵し、簡単には着脱できない構造が一般的であり、蓄電池の残量が少なくなった時には充電が必要なため、すぐに動作させることができない不都合があった。

　また、自走式芝刈機の充電回路に非絶縁型である昇降圧チョッパ電源を用いると、電源入力正極端子、スイッチング素子、チョークコイル及び電池が直列に接続されるため、スイッチング素子がショート故障した場合、ＡＣアダプタの出力電圧が直接電池に印加され、電池が過充電となるリスクを有する。これを防ぐために保護回路を設けると、結果的に回路規模とコストが増大してしまうという課題があった。

　本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その第１の目的は、従来と比較して蓄電池を確実に満充電にすることが可能で低コスト化にも有利な自走式芝刈機を提供することにある。

　本発明の第２の目的は、モータへの電力供給源となる蓄電池を着脱自在に装着可能として、残量の低下した蓄電池を充電済みの蓄電池と交換することで、蓄電池残量が低下した場合でも蓄電池の交換により芝刈り作業を継続可能とした自走式芝刈機を提供することにある。

　本発明の第３の目的は、比較的簡素且つ安価な回路構成で、充電回路のスイッチング素子が故障した場合に蓄電池の充電を確実に停止することの可能な自走式草刈機を提供することにある。

　本発明のある態様は自走式芝刈機である。この自走式芝刈機は、蓄電池の電力によってモータを駆動して動作する自走式芝刈機であって、直流電圧を供給する充電ベースに対して接続、離脱可能な充電端子と、前記充電端子から入力された直流電圧を変圧して出力可能な充電回路とを備え、前記充電回路の出力電圧により前記蓄電池を充電可能であることを特徴とする。

　前記充電回路は、前記充電端子から入力された直流電圧を昇圧可能であるとよい。

　前記充電回路は、トランスにより入力側と出力側が相互に絶縁された絶縁型であるとよい。

　前記蓄電池の充電時には、前記蓄電池を前記モータへの電力供給経路から切り離す構成であるとよい。

　前記充電ベースの出力電圧が２５Ｖ以下であるとよい。

　前記蓄電池が着脱可能であるとよい。

　前記蓄電池が他の種類の電動作業機でも共用可能であるとよい。

　相互に定格出力電圧の異なる複数種類の蓄電池を択一的に装着可能であるとよい。

　充電回路は、接続された蓄電池の定格出力電圧を識別して、前記定格出力電圧に対応する直流電圧で充電する構成であるとよい。

　前記蓄電池の電圧の低下を判断して前記充電ベースへの帰還動作が開始され、
　前記蓄電池の前記帰還動作を開始する電圧を前記定格出力電圧に応じて変更可能であるとよい。

　前記蓄電池の出力電圧を変圧して出力可能な駆動用電源回路を備え、前記駆動用電源回路の出力電圧を利用して前記モータを駆動する構成であるとよい。

　前記駆動用電源回路は、前記蓄電池の出力電圧を降圧可能であるとよい。

　前記駆動用電源回路がＤＣ－ＤＣコンバータであるとよい。

　前記駆動用電源回路が実効電圧を制御するモータドライバ回路であるとよい。

　制御部と、前記制御部に電源を供給する制御用電源回路とを備え、前記制御用電源回路の入力端子に、前記駆動用電源回路の出力電圧、及び前記充電端子からの直流電圧が、択一的に入力されてもよい。

　前記モータが、刈刃を駆動する刈刃モータと、左車輪を駆動する左車輪モータと、右車輪を駆動する右車輪モータとを含んでもよい。

　前記モータがブラシレスモータであるとよい。

　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の態様によれば、従来と比較して蓄電池を確実に満充電にすることが可能で低コスト化にも有利な自走式芝刈機を提供することができる。

　本発明の第２の態様によれば、蓄電池を着脱自在に装着する構成であり、蓄電池の残量が低下した場合には、充電済みの蓄電池と交換することで、芝刈り作業を続行可能である。また、蓄電池を、他の電動工具や電動作業機の蓄電池と共通にした場合には、操作者は他の電動工具や電動作業機の蓄電池を流用可能である。

　本発明の第３の態様によれば、比較的簡素且つ安価な回路構成で、充電回路のスイッチング素子が故障した場合に蓄電池の充電を確実に停止することの可能な自走式草刈機を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る自走式芝刈機１の斜視図。自走式芝刈機１の、本体カバー１０２を外した状態の上面図。図２のＡ－Ａ断面図。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。他の種類の電動作業機としてのヘッジトリマ７に蓄電池３０を装着した状態の斜視図。自走式芝刈機１、充電ベース５０、及びＡＣアダプタ６０の相互接続状態におけるブロック図。図７の充電回路１３の具体的構成例を示す回路図。自走式芝刈機１における各種機能部品及びそれらの相互接続関係を示すブロック図。本発明の実施の形態２であって、図７と比較して制御用電源回路１４の入力の取り方を変更したブロック図。本発明の実施の形態３であって、図１０と比較して駆動電源回路１７を省略したブロック図。本発明の実施の形態４に係る自走式芝刈機の回路ブロック図。

　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。

実施の形態１
　図１～図９を参照し、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る自走式芝刈機１の斜視図である。図２は、自走式芝刈機１の、本体カバー１０２を外した状態の上面図である。図３は、図２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）である。自走式芝刈機１は、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８ａ，８ｂと、独立した走行用の車輪モータ（左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂ）で駆動される駆動輪である大径の後輪９ａ，９ｂを左右にそれぞれ有する。自走式芝刈機１は、本体カバー１０２によって上部全体が覆われる。自走式芝刈機１の電源は、着脱可能な蓄電池３０（図４及び図５）である。メイン基板４０（図２）に搭載されたマイクロコンピュータ等の制御部１５（図７）によって、図２に示す左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂ、並びに図３に示す刈刃モータ２２Ｃの駆動が制御され、自走式芝刈機１は自律的に走行しながら草を刈り取る。

　図１に示すように、本体カバー１０２の上側には開閉可能な開閉カバー１０３が設けられる。開閉カバー１０３を開けることにより、図２に示すダイヤルノブ、キーボード１２４、及びディスプレイ１２５にアクセス可能となる。本体カバー１０２の前方には、前面視で略長方形の開口部１０５が設けられ、充電の際には、開口部１０５を介して図５に示す充電ベース５０の２つの直流出力端子５１，５２が自走式芝刈機１の充電端子１０ａ，１０ｂと接触可能となる。開口部１０５の内側には、本体シャーシ１１０の先端部分が位置し、その左右側面の斜面に充電端子１０ａ，１０ｂが設けられる。本体カバー１０２の後方側上部には、手動停止用のストップボタン４３が設けられる。

　左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂ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に搭載される制御部１５（マイコンを含む）による操舵制御を可能としている。例えば、後輪９ａ，９ｂを同期して駆動することにより自走式芝刈機１が直進又は後進し、後輪９ａ，９ｂ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。左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂは、例えばブラシレスＤＣモータが用いられ、図７の左車輪ドライバ１８、右車輪ドライバ１９を介して駆動される。

　図２に示すように、本体シャーシ１１０の後方側には蓄電池３０を収容し、マイコンが搭載されるメイン基板４０を収容する容器部１２２が設けられ、容器部１２２の開口部は開閉可能な蓋部１２３にて覆われる。蓋部１２３の上面には液晶表示パネル等のディスプレイ１２５と、キーボード１２４と、メインスイッチＳＷ１が設けられる。作業者はキーボード１２４を操作して草刈りスケジュールの設定等を行うことができる。

　本体カバー１０２は、バネ等によって本体シャーシ１１０に対して浮いた状態で保持されることにより、前後左右及び上下方向に僅かに移動可能であり、これを本体シャーシ１１０に設けられたリフトセンサＳ３や傾斜センサＳ４、本体カバー１０２に設けられたマグネット１１９ａ，１１９ｂ等で検出することにより、後述する制御部１５が自走式芝刈機１の障害物への衝突等を検出する。

　図３に示すように、本体シャーシ１１０の中央付近下側には、地面と平行に所定の距離を隔てて回転するロータリー式の刈刃４と、刈刃４を回転させるための駆動装置としての刈刃モータ２２Ｃを有する。

　刈刃モータ２２Ｃは、例えばブラシレスＤＣモータであって、励磁コイルが巻かれたステータ（図示せず）の内側にて、永久磁石を有するロータコア（図示せず）が回転する。刈刃モータ２２Ｃの上端側には円形のインバータ回路基板（図示せず）が設けられ、そこに複数のホールＩＣ（図示せず）と、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなる複数のスイッチング素子が搭載される。

　刈刃モータ２２Ｃの後方側には、蓄電池３０、メイン基板等を収容するための略直方体状の容器部１２２が設けられる。容器部１２２は、プラスチック等の合成樹脂にて板状の基台部１２１と一体成形にて製造され、蓋部１２３にて開閉可能とされる。

　本体シャーシ１１０の前端付近には第１ガイドワイヤセンサＳ１が設けられる。第１ガイドワイヤセンサＳ１はコイルによって、周囲の磁界の変化を電流の変化に変換する。なお、図３では図示していないが、本体シャーシ１１０の後端付近には第２ガイドワイヤセンサＳ２が設けられる。

　図４は、自走式芝刈機１の使用環境説明図である。図５は、自走式芝刈機１、充電ベース５０、及びＡＣアダプタ６０を示す概略図である。自走式芝刈機１は、前輪８ａ，８ｂ、後輪９ａ，９ｂ及び刈刃４を有する本体２と、本体２の電池パック取付部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でも共用可能であり、図６では蓄電池３０をヘッジトリマ７に装着した状態を示している。

　図４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、すなわち芝刈り領域を区画（規定）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は、充電ベース５０を含む芝刈り領域を囲み、自走式芝刈機１は、ガイドワイヤ８０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。充電ベース５０は、芝刈り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。ＡＣアダプタ６０は、商用交流電源等の外部交流電源９０に接続され、外部交流電源９０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。充電ベース５０の出力電圧は、好ましくは２５Ｖ以下であり、そうすることで充電ベース５０の出力電圧を受ける自走式芝刈機１の回路部品を耐圧が２５Ｖ以下の安価なものにすることができる。

　図７は、自走式芝刈機１、充電ベース５０、及びＡＣアダプタ６０の相互接続状態におけるブロック図である。ＡＣアダプタ６０は、外部交流電源９０から入力された例えばＡＣ１００Ｖをトランス６１によって変圧し、トランス６１の出力電圧をダイオードブリッジ６２によって整流（例えば全波整流）し、ダイオードブリッジ６２の出力電圧をコンデンサＣによって平滑し、例えばＤＣ２１Ｖを出力する。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り、ＡＣアダプタ６０が出力する直流電圧を充電ベース５０に伝送する。充電ベース５０は、制御部（マイコン）５３を有する。制御部５３は、ケーブル７０からの入力電圧で動作し、ガイドワイヤ８０に電流を流す。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不図示の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）によって検出し、芝刈り領域を認識する。制御部５３は、自走式芝刈機１の後述の被判別回路１１を動作させ、直流出力端子５１，５２に自走式芝刈機１の本体２が接続されたことを検出する。

　自走式芝刈機１は、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（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。なお、制御用電源回路１４には、逆流防止用ダイオードＤ２を通して後述の駆動電源回路１７の出力電圧（例えばＤＣ１８Ｖ）も供給される。

　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。被判別回路１１は、例えば所定のＣＲ時定数回路である。充電ベース５０の直流出力端子５１，５２間が短絡されたような場合には、充電ベース５０の制御部５３は、自走式芝刈機１の本体２が接続されたとは認識せず、充電ベース５０の動作を停止することができる。

　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を制御部（マイコン）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。蓄電池３０が電池切れになった場合にも充電ベース５０への接続時には充電ベース５０から制御用電源回路１４に電力が供給され、制御部１５は、充電のための制御を実行可能である。すなわち、蓄電池３０が電池切れになった場合、消費電力をゼロにするため制御用電源回路１４への蓄電池３０経由の電力供給（駆動電源回路１７からの電力供給）は無くなるが、そのような場合にも充電ベース５０への接続時には充電のための制御部１５による制御を支障なく行うことができる。制御部１５は、制御用電源回路１４の出力電圧を監視し、自走式芝刈機１と充電ベース５０が接続されているかの判断と、充電ベース５０から供給される電圧が正常であるかの判断を行う。制御部１５は、また、電池電圧識別（Ｔ）、電池温度監視・過充電監視（ＬＳ）、過放電監視（ＬＤ）、充電電流監視、電池電圧監視を行い、異常を検出した場合は、直ちに充電を停止する。

　充電回路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。なお、充電回路１３による降圧は、例えば蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖで消耗が激しい場合に緩やかに充電したいときや、１８Ｖより低い蓄電池を使用可能とし、例えば１４Ｖの蓄電池を充電したいときに行われる。図５に示す本体２の電池パック取付部５に蓄電池３０が装着されると、蓄電池３０の各端子（図７に示す＋端子、－端子、Ｃ＋端子、５Ｖ端子、ＬＤ端子、Ｔ端子、ＬＳ端子）が、本体２の電池接続用の各ターミナルに接続される。制御部１５は、Ｔ端子から蓄電池３０の種類（定格出力電圧等）の識別信号を受信し、装着された蓄電池３０の定格出力電圧に合わせた電圧で充電回路１３が充電動作を行うように制御する。制御部１５による蓄電池３０の種類の識別は、蓄電池３０が装着される毎に、あるいは充電ベース５０と本体２が接続される毎に行われる。ここでは、蓄電池３０の定格出力電圧が、３６Ｖと１８Ｖの２種類である場合を想定している。蓄電池３０の定格出力電圧が３６Ｖの場合、充電回路１３は、充電端子１０ａ，１０ｂ間のＤＣ２１Ｖを、３６Ｖよりやや高い直流電圧に昇圧して出力する。蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖの場合、充電回路１３は、充電端子１０ａ，１０ｂ間のＤＣ２１Ｖを、１８Ｖよりやや高い直流電圧に降圧して出力する。

　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、蓄電池３０の出力電圧を、１８Ｖの安定した直流電圧に変換して出力する。駆動電源回路１７の出力電圧は、逆流防止用ダイオードＤ２を介して制御用電源回路１４に供給されるとともに、左車輪ドライバ（左車輪モータドライバ回路）１８、右車輪ドライバ（右車輪モータドライバ回路）１９、及び刈刃ドライバ（刈刃モータドライバ回路）２０にそれぞれ供給される。左車輪ドライバ１８は、左後車輪９ａを回転駆動する左車輪モータ２２Ａに、例えばＰＷＭ制御で電力供給する。右車輪ドライバ１９は、右後車輪９ｂを回転駆動する右車輪モータ２２Ｂに、例えばＰＷＭ制御で電力供給する。刈刃ドライバ２０は、刈刃４を駆動する刈刃モータ２２Ｃに、例えばＰＷＭ制御で電力供給する。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、制御部１５により制御される。具体的には、各ドライバ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８は、図７の充電回路１３の具体的構成例を示す回路図である。電源部としての充電回路１３は、絶縁型のトランス９１、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ９２、コンデンサ９３,９４、ダイオード９５、スイッチング制御回路９６、電流制御回路９７、電圧制御回路９９、及び図示しない電流検出回路、電圧検出回路等を含む。ＭＯＳＦＥＴ９２が、スイッチング制御回路９６を介した制御部１５からのＰＷＭ信号によって駆動しスイッチング動作することによって、出力端子側に充電用の電圧が発生する。制御部１５は蓄電池３０の電圧を識別し、これに対応した電流、電圧の設定を電流制御回路９７、電圧制御回路９９に与える。充電開始時、制御回路１５はスイッチング制御回路９６の動作を開始させるオン信号を出力する。スイッチング制御回路９６は、電流制御回路９７、電圧制御回路９９から出力されるフィードバック信号に基づきパルス幅を変調し、ＭＯＳＦＥＴ９２を駆動する。ＭＯＳＦＥＴ９２が停止している場合は、出力端子側に電圧は出力されない。充電開始後、制御部１５は蓄電池３０を、電池電圧が所定電圧に達するまでは定電流で充電し、所定電圧に達してからは定電圧で充電し、定電圧制御の期間は、充電電流を徐々に低下させながら定電圧を維持するようフィードバック制御を行う。制御部１５は、充電電流が所定値まで低下した時点で充電完了と判断し、ＭＯＳＦＥＴ９２のスイッチング動作（ＰＷＭ制御）を停止する。

　図９は、自走式芝刈機１における各種機能部品及びそれらの相互接続関係を示すブロック図である。メイン基板４０には図７のモータを除いた回路部分が搭載されており、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、及び電池取付部５に装着された蓄電池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４２ａ，４２ｂ（図示は省略したが識別用端子に接続するターミナル）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４２ａ，４２ｂ及びメイン基板４０の接続線路に挿入されるもので、自走式芝刈機１のメイン基板４０やモータ等への電源の供給スイッチである。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、ストップボタン４３、ディスプレイキーボード基板４４が接続されている。

　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８０の交流電気信号を受信してメイン基板４０に出力する。これにより、メイン基板４０に搭載された制御部１５が芝刈り領域の境界を認識し、自走式芝刈機１の方向制御等を、左車輪ドライバ１８や左車輪ドライバ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。

　リフトセンサＳ３は、自走式芝刈機１の本体２が持ち上げられたときに、これを検知してメイン基板４０に出力する。これにより制御部１５は、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃを停止させる。傾斜センサＳ４は、自走式芝刈機１が地面に対して所定角度以上傾斜したときに、これを検知して傾斜面に侵入しないよう、メイン基板４０に出力し、制御部１５は、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂの制御を変更して進行方向を変え、傾斜センサＳ４が正常値に戻ることを試みる。制御部１５は、傾斜センサＳ４がさらに前記所定角度以上のしきい値を超えたことを検知した場合、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃを停止させる。ストップボタン４３は手動停止手段であり、手動操作で自動走行若しくは芝刈り中の自走式芝刈機１を停止させる。ディスプレイキーボード基板４４は芝刈りに関する情報の入力装置であり、操作者が手動操作可能なように本体２の外面に配置され、動作開始の指示、タイマ設定、作業領域等の設定を行うものである。なお、各センサＳ１～Ｓ４、ディスプレイキーボード基板４４等への電力供給は制御系電源１４から行われる。

　以上の自走式芝刈機１の構成において、本体２の電池取付部５に蓄電池３０を装着し、本体２を充電ベース５０に接続すれば（本体側充電端子１０ａ，１０ｂを充電ベース５０の直流出力端子５１，５２に接続すれば）、充電ベース５０は被判別回路１１を判別して２１Ｖの直流電圧を本体２に供給する。本体２において、充電回路１３は、蓄電池３０の定格出力電圧を識別した制御部１５の指令に従って、蓄電池３０の定格出力電圧（３６Ｖ又は１８Ｖ）に適合する直流電圧で蓄電池３０を充電する。

　充電完了後、自走式芝刈機１は、充電ベース５０から離脱して、制御部１５により予め定められた自動走行動作及び芝刈り動作を行う。自走式芝刈機１は、要求された芝刈り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に帰還する。なお、蓄電池３０の残容量が低下したと判断するしきい値は、接続される蓄電池３０の定格出力電圧によって変更される（例えば定格出力電圧に対する所定の割合とされる）。すなわち、制御部１５は、蓄電池３０の定格出力電圧が３６Ｖの場合、蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖの場合よりも高い電圧で残容量が低下したと判断し、充電ベース５０への帰還動作を開始する。

　本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 自走式芝刈機１は、本体２に充電回路としての充電回路１３を有し、充電回路１３により充電ベース５０からの供給電圧を蓄電池３０の定格出力電圧に応じた直流電圧に変換して蓄電池３０を充電するため、定格出力電圧が３６Ｖの蓄電池３０を確実に満充電にすることができる。

(2) 自走式芝刈機１では二次側回路内に着脱部が必要となり、充電ベース５０からの直流出力電圧は例えば４２Ｖ以下にすることが望ましいが、本実施の形態では本体２に充電回路１３を設けたことで、充電ベース５０の出力電圧は４２Ｖに対して余裕を大きく取ることができ、設計上有利であると共に、充電ベース５０の出力電圧が加わる自走式芝刈機１の回路部品を耐圧の低い安価な部品にすることができ、コスト安である。また、充電ベース５０の出力電圧が低いため、自走式芝刈機１においては制御部１５の電源となるＤＣ５Ｖを一段の電源回路（制御用電源回路１４）で作成でき、充電ベース５０の出力電圧が高くＤＣ５Ｖの作成に二段以上の電源回路が必要な場合と比較して部品点数を削減できる。

(3) ＡＣアダプタ６０は、出力電圧がＤＣ２１Ｖ程度の汎用性が高いものでよいため、低コスト化に有利である。

(4) 充電回路１３で蓄電池３０を充電するため、複数種の定格出力電圧の蓄電池３０の充電が可能である。

(5) 従来の自走式芝刈機は専用の蓄電池を内蔵しており、内蔵蓄電池の残容量が低下した場合は充電のために動作させることができなかったが、本実施の形態に係る自走式芝刈機１は、本体２に蓄電池３０を着脱自在に装着する構造であり、蓄電池３０の残容量が低下した場合には、充電済みの蓄電池と交換することで、芝刈り作業を続行可能である。

(6) 蓄電池３０は、他の種類の電動作業機でも共用可能なため、操作者は自走式芝刈機１と他の種類の電動作業機との間で蓄電池３０を互いに流用できて便利である。

(7) 蓄電池３０からの供給電圧を駆動電源回路１７で例えば１８Ｖの駆動電圧に変換して左車輪ドライバ１８、右車輪ドライバ１９、及び刈刃ドライバ２０に供給するため、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の制御を変更しなくても複数種の定格出力電圧の蓄電池３０の使用が可能である。

(8) ３６Ｖ等の高い定格出力電圧の蓄電池３０を使用する場合でも、駆動電源回路１７により１８Ｖの駆動電圧に変換して各ドライバに供給することで、３６Ｖをそのまま供給する場合と比較して、低速回転制御が可能となる。すなわち、高い定格出力電圧の蓄電池３０を使用する場合、各ドライバのスイッチング素子の最低スイッチング時間の制約により低速回転制御が困難となる場合があるが、本実施の形態では、蓄電池３０の出力電圧を１８Ｖの駆動電圧に変換して各ドライバに供給することで、蓄電池３０の定格出力電圧が高い場合でも好適に低速回転制御が可能となる。特に自走式芝刈機１では車輪の走行等、低速で行う必要があり、低速回転の詳細制御を行える意義は大きい。

(9) 自走式芝刈機１では、複数のモータを使用するため、モータ駆動用に多数のスイッチング素子が必要となり、各スイッチング素子を３６Ｖに対応可能な高い耐圧の素子にすると高コストになるという問題があるが、本実施の形態では、蓄電池３０の出力電圧を１８Ｖの駆動電圧に変換して各ドライバに供給することで、各スイッチング素子を耐圧の低い安価な素子にすることができ、コスト安である。

(10) 被判別回路１１を本体２が有しているため、充電ベース５０は自走式芝刈機１が接続されたことを認識でき、また直流出力端子５１，５２間の短絡等の不測の事態を判別できる。

(11) 蓄電池３０が電池切れになった場合にも充電ベース５０への接続時には充電ベース５０から制御用電源回路１４に電力が供給され、制御部１５は、充電のための制御を実行可能なため、蓄電池３０が電池切れとなっても充電ベース５０に自走式芝刈機１を接続することで充電動作を開始できる。

(12) 充電回路１３は、トランスにより入力側と出力側が相互に絶縁された絶縁型であって、直流電圧が入力されていることから、ＭＯＳＦＥＴ９２がショート故障した場合にトランスに電圧変化が生じず機能しないため、出力端子側に電圧が出力されることはなく、ショート故障時に出力端子に蓄電池３０が接続されていても、蓄電池３０は充電されない。したがって、ショート故障時に意図しない高電圧が蓄電池３０に印加され、蓄電池３０が過充電になることを防止できる。また、ＭＯＳＦＥＴ９２に信号を供給するスイッチング制御回路９６や制御部１５、又はフィードバック信号を発生する電流制御回路９７、電圧制御回路９９等に異常が生じた場合であっても、同様に蓄電池３０の過充電の問題を回避できる。

実施の形態２
　図１０は、本発明の実施の形態２であって、図７と比較して制御用電源回路１４の入力の取り方を変更したブロック図である。図１０の例では、蓄電池３０の出力電圧が、逆流防止用ダイオードＤ２を通して制御用電源回路１４に供給される。図１０におけるその他の点は図７と共通である。図１０の構成の場合、制御用電源回路１４には耐圧の低い安価な回路部品を使用できないが、その他の点では図７に示した構成と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
　図１１は、本発明の実施の形態３であって、図１０と比較して駆動電源回路１７を省略したブロック図である。図１１の例では、蓄電池３０の出力電圧が、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にそれぞれ直接供給される。蓄電池３０の定格出力電圧が変わった場合には、各ドライバのＰＷＭ制御のデューティを変更することで対応する。具体的には、各ドライバは、蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖのときはデューティ約１００％のＰＷＭ制御で各モータに電力供給を行い、蓄電池３０の定格出力電圧が３６Ｖのときはデューティ約５０％のＰＷＭ制御で各モータに電力供給を行うことで、蓄電池３０の定格出力電圧にかかわらず各モータを実質的に同じ出力条件で駆動する。図１１におけるその他の点は図１０と共通である。図１１の構成の場合、低速回転制御や各ドライバのスイッチング素子の耐圧の点を除けば、図１０に示した構成と同様の効果を奏することができる。

実施の形態４
　図１２は、本発明の実施の形態４に係る自走式芝刈機の回路ブロック図である。以下、図７に示す実施の形態１との相違点を中心に説明する。充電端子１０ａ，１０ｂには、充電ベースから４１.５Ｖの直流電圧が入力される。充電端子１０ａ，１０ｂ間の４１．５Ｖの直流電圧は、ヒューズＦＳ１を介して被判別回路１１、充電回路制御用電源１２及び充電回路１３に供給される。

　充電回路制御用電源１２は、ＤＣ４１．５ＶをＤＣ１８Ｖに降圧し、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）で構成される。制御用電源回路１４は、蓄電池３０の本体２への装着時に、後述の駆動電源回路（１８Ｖ電源）１７からも、逆流防止用ダイオードＤ２を介してＤＣ１８Ｖの電圧供給を受ける。制御用電源回路１４は、５Ｖの直流電圧を充電制御マイコン（マイクロコンピュータ）１５Ａ及び本体制御マイコン１５Ｂ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。なお、充電制御マイコン１５Ａ及び本体制御マイコン１５Ｂは、図７の制御部１５に対応する。

　充電回路制御用電源１２は、蓄電池３０が電池切れになった場合にも充電ベース５０への接続時に制御用電源回路１４に電力を供給可能として、充電のための制御を可能にするものである。すなわち、蓄電池３０が電池切れになった場合、消費電力をゼロにするため制御用電源回路１４への蓄電池３０経由の電力供給が無くなるが、充電回路制御用電源１２を設けたことで充電ベース５０への接続時に充電のための充電制御マイコン１５Ａによる制御を支障なく行うことができる。

　充電回路１３は、降圧手段（蓄電池３０の定格出力電圧によっては昇圧手段となる場合もある）として機能するものであり、逆流防止用ダイオードＤ３及びリレーＲＹ１を介して蓄電池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。本体２の蓄電池取付部５に蓄電池３０が装着されると、蓄電池３０の各端子が蓄電池取付部５に設けられた電池接続ターミナル４２ａ，４２ｂに接続される（図示は省略するが蓄電池３０の識別信号を受けるターミナルも設けられている）。蓄電池３０の種類（定格出力電圧等）の識別信号を充電制御マイコン１５Ａが受けて、充電制御マイコン１５Ａは、装着された蓄電池３０の定格出力電圧に合わせた電圧で充電回路１３が充電動作を行うように制御する。充電制御マイコン１５Ａによる蓄電池３０の種類の識別は蓄電池３０が装着される毎に、あるいは充電ベース５０と本体２が接続される毎に行われる。なお、自走式芝刈機１は負荷の消費電力が大きく、充電回路１３のＤＣ－ＤＣコンバータでは負荷を動作させることはできないので、リレーＲＹ１により充電時は蓄電池３０の負荷側を切り離すようにしている。

　駆動電源回路１７及び刈刃モータドライバ回路２０は、充電完了時にリレーＲＹ１を介して蓄電池３０に接続される。駆動電源回路１７はＤＣ－ＤＣコンバータで構成され、車輪モータ、その他制御回路用に１８Ｖの直流電圧を作成するものである。すなわち、制御用電源回路１４に逆流防止用ダイオードＤ２を介して１８Ｖの直流電圧を供給するとともに、左車輪ドライバ１８及び左車輪ドライバ１９に１８Ｖの直流電圧を供給する。刈刃モータドライバ回路２０は刈刃４を駆動する刈刃モータ２２ＣにＰＷＭ制御で電力供給する。刈刃モータドライバ回路２０は蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖのときはデューティー１００％のＰＷＭ制御で刈刃モータ２２Ｃに電力供給を行い、蓄電池３０の定格出力電圧が３６Ｖのときはデューティー５０％程度のＰＷＭ制御で刈刃モータ２２Ｃに電力供給を行って、蓄電池３０の定格出力電圧にかかわらず刈刃モータ２２Ｃを実質的に同じ出力条件で駆動可能にしている。左車輪ドライバ１８は左後車輪９ａを回転駆動する左車輪モータ２２ＡにＰＷＭ制御で電力供給し、左車輪ドライバ１９は右後車輪９ｂを回転駆動する右車輪モータ２２ＢにＰＷＭ制御で電力供給する。これらのモータドライバ回路１８，１９，２０は本体制御マイコン１５Ｂで制御される。なお、蓄電池３０と、その負荷側である駆動電源回路１７及び刈刃モータドライバ回路２０との間には、メインスイッチＳＷ１及びヒューズＦＳ２が直列に挿入されている。

　充電回路制御用電源１２は１８Ｖの直流電圧を制御用電源回路１４に供給し、制御用電源回路１４は５Ｖの直流電圧を充電制御マイコン１５Ａ及び本体制御マイコン１５Ｂに供給し、充電制御及び本体２の各種制御を可能な状態とする。充電回路１３が作動状態ではリレーＲＹ１により充電回路１３の出力側に蓄電池３０が接続され、充電回路１３は蓄電池３０の定格出力電圧を識別した充電制御マイコン１５Ａの指令に従って蓄電池３０の定格出力電圧（３６Ｖ又は１８Ｖ）に適合する直流電圧で蓄電池３０を充電する。充電完了後、充電回路１３によってリレーＲＹ１は蓄電池３０を負荷側（モータ等への電力供給側）、つまり駆動電源回路１７及び刈刃モータドライバ回路２０に接続する側に切り替えられる。

　本実施の形態において、蓄電池３０の接続先を充電回路１３から駆動電源回路１７及びモータドライバ回路１８，１９，２０側に切り替えて接続するリレーＲＹ１の代わりに半導体スイッチ手段を用いてもよい。また、蓄電池３０の定格出力電圧に応じて、電池パック電圧変換手段としての昇圧手段を介して左車輪モータ、右車輪モータ及び刈刃モータに電力供給を行ってもよい。

　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。

　実施の形態では充電ベース５０とＡＣアダプタ６０が別体である場合を説明したが、充電ベース５０がＡＣアダプタ６０の機能（交流電圧を直流電圧に変換する機能）を内蔵してもよい。実施の形態１では充電回路１３が昇降圧回路である場合を例示したが、定格出力電圧が３６Ｖの蓄電池３０を確実に満充電にする観点では、充電回路１３は少なくとも昇圧機能を有していればよい。駆動電源回路１７の出力電圧で刈刃モータ２２Ｃを駆動する場合、蓄電池３０の定格出力電圧が変わったときに制御を変更する必要が無いため、刈刃モータ２２Ｃはブラシ付きモータとしてもよい。自走式芝刈機１は、定格出力電圧の異なる３種類以上の蓄電池を択一的に装着可能であってもよい。実施の形態で例示した具体的な数値、例えば蓄電池３０の定格出力電圧や充電ベース５０の出力電圧及びその上限値等は、説明上の一例に過ぎず、実際の使用環境に合わせて適宜設定されるものである。

１…自走式芝刈機、２…本体、４…刈刃、５…蓄電池取付部、７…ヘッジトリマ、８ａ…左前車輪、８ｂ…右前車輪、９ａ…左後車輪、９ｂ…右後車輪、１０ａ，１０ｂ…充電端子（受電端子）、１１…被判別回路、１２…充電回路制御用電源、１３…充電回路、１４…制御用電源回路（制御系電源）、１５…制御部（マイコン）、１５Ａ…充電制御マイコン、１５Ｂ…本体制御マイコン、１７…駆動電源回路（１８Ｖ電源）、１８…左車輪ドライバ（左車輪モータドライバ回路）、１９…右車輪ドライバ（右車輪モータドライバ回路）、２０…刈刃ドライバ（刈刃モータドライバ回路）、２２Ａ…左車輪モータ、２２Ｂ…右車輪モータ、２２Ｃ…刈刃モータ、３０…蓄電池、４０…メイン基板、４２ａ，４２ｂ…電池接続ターミナル、４３…ストップボタン、４４…ディスプレイキーボード、５０…充電ベース、５１，５２…直流出力端子（送電端子）、５３…制御部（マイコン）、６０…ＡＣアダプタ、６１…トランス、６２…ダイオードブリッジ、７０…ケーブル、８０…ガイドワイヤ（誘導ワイヤ）、９０…外部交流電源、９１…トランス、９２…ＭＯＳＦＥＴ、９３,９４…コンデンサ、ダイオード９５、１０２…本体カバー、１０２ａ，１０２ｂ…フェンダー、１０２ｃ…前方下端、１０３…開閉カバー、１０５…開口部、１１０…本体シャーシ、１１９ａ，１１９ｂ…マグネット、１２１…基台部、１２２…容器部、１２３…蓋部、１２４…キーボード、１２５…ディスプレイ、１３７…ストップスイッチ、Ｃ…コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…逆流防止用ダイオード、Ｓ１，Ｓ２…ガイドワイヤセンサ、Ｓ３…リフトセンサ、Ｓ４…傾斜センサ

Claims

　蓄電池の電力によってモータを駆動して動作する自走式芝刈機であって、直流電圧を供給する充電ベースに対して接続、離脱可能な充電端子と、前記充電端子から入力された直流電圧を変圧して出力可能な充電回路とを備え、前記充電回路の出力電圧により前記蓄電池を充電可能であることを特徴とする自走式芝刈機。
　前記充電回路は、前記充電端子から入力された直流電圧を昇圧可能であることを特徴とする請求項１に記載の自走式芝刈機。
　前記充電回路は、トランスにより入力側と出力側が相互に絶縁された絶縁型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自走式芝刈機。
　前記蓄電池の充電時には、前記蓄電池を前記モータへの電力供給経路から切り離すことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　前記充電ベースの出力電圧が２５Ｖ以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　前記蓄電池が着脱可能であ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自走式芝刈機。
　前記蓄電池が他の種類の電動作業機でも共用可能であることを特徴とする請求項６に記載の自走式芝刈機。
　相互に定格出力電圧の異なる複数種類の蓄電池を択一的に装着可能であることを特徴とする請求項６又は７に記載の自走式芝刈機。
　充電回路は、接続された蓄電池の定格出力電圧を識別して、前記定格出力電圧に対応する直流電圧で充電することを特徴とする請求項８に記載の自走式芝刈機。
　前記蓄電池の電圧の低下を判断して前記充電ベースへの帰還動作が開始され、
　前記蓄電池の前記帰還動作を開始する電圧を前記定格出力電圧に応じて変更可能であることを特徴とする請求項８又は９に記載の自走式芝刈機。
　前記蓄電池の出力電圧を変圧して出力可能な駆動用電源回路を備え、前記駆動用電源回路の出力電圧を利用して前記モータを駆動することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　前記駆動用電源回路は、前記蓄電池の出力電圧を降圧可能であることを特徴とする請求項１１に記載の自走式芝刈機。
　前記駆動用電源回路がＤＣ－ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の自走式芝刈機。
　前記駆動用電源回路が実効電圧を制御するモータドライバ回路であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　制御部と、前記制御部に電源を供給する制御用電源回路とを備え、前記制御用電源回路の入力端子に、前記駆動用電源回路の出力電圧、及び前記充電端子からの直流電圧が、択一的に入力される、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　前記モータが、刈刃を駆動する刈刃モータと、左車輪を駆動する左車輪モータと、右車輪を駆動する右車輪モータとを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。
　前記モータがブラシレスモータである、請求項１から１６のいずれか一項に記載の自走式芝刈機。