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      響應負荷的節(jié)能電機驅動的割草機的制作方法

      文檔序號:329752閱讀:243來源:國知局
      專利名稱:響應負荷的節(jié)能電機驅動的割草機的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及割草機,且更具體地涉及電機驅動的割草機,其能夠 響應施加在割草機刀具上的負荷而調節(jié)電力消耗。
      背景技術
      能夠使用旋轉圓形刀片或刀具割草的動力驅動的割草機,不僅在 居家庭院中而且在農業(yè)田地中十分廣泛地使用。這種類型的動力驅動 的割草機通常配備有小型引擎。然而,使用引擎噪聲大。在住宅區(qū)中 的噪聲可能會引起干擾,被宣布為典型的公害。此外,引擎操作的割 草機劇烈振動,從而使老人、婦女和兒童難于使用。即使對男人來說, 在割草機特別是在農業(yè)田地中長時間使用時,劇烈振動也可能是一個 問題。近年來,電機驅動的割草機被用來取代引擎驅動的割草機。
      電機驅動的割草機需要電源,且商用的電機驅動的割草機使用商 用電源,其中割草機通過電氣插頭連接到電源。割草機必須配有電線 以便從電源接收電流供應,且電線必須足夠長以使割草機能夠在遠離 電源的區(qū)域工作,并在一大片田地上到處移動。然而,經常會發(fā)生在 割草機到處移動時,電線被割草機的旋轉刀片無意中切斷。
      為了排除在割草機工作中發(fā)生切斷電線的麻煩,采用電池取代商
      用電源。在日本實用新型早期公開申請No. 1995/36611 (參考文獻(l)) 和實用新型登記號No. 2,525,820 (參考文獻(2))中揭示了實例。
      參考文獻(1)和(2)中揭示的割草機由電機驅動,且電機的扭 矩被傳遞給旋轉刀具。這些割草機的電機以恒定的速度旋轉,而與施 加于刀具上的負荷無關。
      一般地,在動力驅動的割草機中出現的麻煩為在引擎驅動的割 草機的情形中,在割草機割草時,割斷的草片很可能被帶到旋轉刀具 中;結果刀具被鎖定或停止旋轉。在此情況下,將內置離合器脫離, 從而使引擎空轉。離合器的存在在防止機器部件被損壞方面是有利的。相反地,在電機驅動的割草機的情形中,電機的扭矩被直接傳遞 給刀具,而沒有離合器介于動力傳輸通道中。因此,當刀具因為這樣 或那樣的原因被鎖定時,電機被迫停止。然而,電機繼續(xù)接收電流供 應。在電機的電氣特征下,在電機中電力過度積累。結果,電池被毫 無目的地快速消耗。電池消耗越快,工作時間變得越短。
      因此,本發(fā)明的主要目的是如果刀具由于這樣或那樣的原因被鎖 定時節(jié)省電力。

      發(fā)明內容
      實施本發(fā)明的第一種形式的割草機包括,其中容納有割草刀具, 如旋轉刀具和輔件的操作部,其中容納有驅動操作部的電機的電機部, 檢測操作部是否處于平滑運轉的檢測器,使得如果檢測器檢測到操作 部中出現任何異常,如刀具被卡在割斷的草片中,則使電機寸動。
      按照此形式,如果刀具因為某些原因被鎖定,如纏在切割的草片 中,則供應至電機的電流變?yōu)殚g斷的,從而最小化電力消耗。附加的 優(yōu)勢是巻入刀具中的割斷的草片很可能由于操作部的振動而滑落。
      第二種形式的割草機附加設置有在刀具被鎖定時使電機在一定的 時間段內保持寸動的裝置,從而使電機準備好在旋轉刀具的扭矩已克 服刀具的鎖定時可能恢復的正常運轉。
      按照第三種形式的實施例,割草機附加設置有在鎖定狀態(tài)無論電 機的寸動而持續(xù)延續(xù)時,用于停止電機的另一裝置。
      按照第四種形式的實施例,割草機附加設置有以使操作者能夠感 受到電機寸動的時間間隔驅動電機的裝置,從而使操作者能夠識別由 巻入刀具中的割斷的草片所引起的異常。
      與上述實施例相同的優(yōu)點在于響應檢測到刀具被割斷的草片鎖定 而立即暫停電力供應,從而防止電池被毫無目的地消耗。結果,電池 能持續(xù)更長的時間。這總體上有助于節(jié)能。


      圖1是示出實施本發(fā)明的第一種形式的割草機的透視圖; 圖2是圖1的割草機的分解透視圖;圖3是示出圖1的割草機的電氣結構的方框圖;以及 圖4是示出圖1的割草機的操作的流程圖。
      具體實施方式
      參考圖1和圖2,實施本發(fā)明的第一種形式的割草機將在下面進行描述割草機1包括容納有盤狀旋轉刀具9的操作部3、容納有電機及其 輔件的電機部6、以及容納有電池7的電源部8。操作桿被分成前操作 桿(以下稱為"前桿")IO和后操作桿(以下稱為"后桿")11。前桿10容納有動力傳輸軸(未示出),并連接至容納有公知錐齒 輪的操作部3,該錐齒輪的輸入端連接至動力傳輸軸。錐齒輪17使動 力傳輸軸改變其旋轉方向至45。。電機部6實際上是容納在剛性殼體22中的電機自身,該剛性殼體 22容納有直接固定在殼體22的內壁上的轉子和定子,其中轉子和轉換 機構從示圖中省略。電機優(yōu)選為無刷電機。后桿11設置有操作手柄40和其中部的控制器41。控制器41包括 用于從一種運轉模式改變至另一種運轉模式的開關45,更具體地,為 輕負荷模式,重負荷模式,和節(jié)能模式,其中每個模式都將在下面更 具體地描述。操作手柄40設置有操作開關(未示出)。后桿11的后端可拆卸地設置有容納電池7的電源部8??筛鶕?作的種類拆卸電源部8,且電池7可以另一個具有所需容量和電壓的電 池取代??刂破?1設置有公知的電壓檢測器(未示出),以便監(jiān)視從電源 部8輸入的電源電壓??刂颇J巾憫娫措妷旱臋z測而適當地切換, 從而提供適量的電力至電機部6。例如,假定電源部8是內置鋰電池, 該鋰電池具有兩級串聯(lián)電路,則電源電壓將為約6至9伏特。如果電 源部8是內置鋰電池,該鋰電池具有四級串聯(lián)電路,則電源電壓將為 約12至18伏特。如果電源部8是內置鎳氫電池,該鎳氫電池具有10 級串聯(lián)電路,則電源電壓將為約12伏特。如果電源部8是內置鎳氫電 池,該鎳氫電池具有20級串聯(lián)電路,則電源電壓將為約24伏特???制器41監(jiān)視隨電池容量而變化的電壓,從而提供適量的電力給電機部6。當電池電壓高時,較高的電壓施加給電機部6,但該電壓與電源部 8的電壓不成比例。本發(fā)明的割草機的操作模式將在下面描述該模式包括三種模式;也就是,輕負荷模式、重負荷模式、和節(jié) 能模式。輕負荷模式是在割草機用于如草坪的柔軟地面時所使用的模 式,其中電機部6接收低電壓,且達到電流供應的最低可能上限。在 此模式中刀具緩慢旋轉。重負荷模式是在割草機用于切割具有硬莖的草時所使用的模式, 其中高電壓施加于電機部6。結果,刀具以最高可能上限的電流高速旋 轉。在此情形中,電源部8優(yōu)選地以適當的電源取代。節(jié)能模式是電流間斷地供應至電機部6的模式;更具體地,電流 是以預定的周期供應的,或者換句話說,脈動電壓施加于電機部6。在 此模式中,電機部6間隔地旋轉,但是刀具9用作平衡輪,并可在其 自身的動量下以恒定的速度旋轉。在此模式中,持續(xù)監(jiān)視負荷;更具 體地,持續(xù)測量供應至電機部6的電流。負荷的變化是通過所測量的 電流值間接識別的。一個優(yōu)點在于隨著由割草機造成的負荷的增加,單位時間的電力 供應時間延長,例如,通過增加脈沖寬度而不改變頻率,或可替換地, 通過縮短脈沖間隔而不改變脈沖寬度。以此方式,節(jié)能模式允許電力 供應變得間斷,并改變電源的電壓,從而避免浪費能量。另一個優(yōu)點 在于即使刀具由于意料之外的障礙而突然停止時,也保護了電機免受 損壞。在超負荷狀態(tài)下,如當刀具由于與樹枝纏結而完全停止時,單位 時間的電力供應時間縮短,從而保護電機免遭燒毀,而且也避免浪費 電池能量。簡而言之,在超負荷模式中,正常運轉模式轉換為寸動模 式,其細節(jié)將在下面描述圖3清楚地表明電機部6和控制部(即電機脈沖識別電路)是電氣分離的。這些部件將更具體地說明如下電機部6優(yōu)選地由無刷電機組成,其每分鐘轉數(r.p.m.)可以脈 沖檢測或測量,以便指示電機6的r.p.m.的脈沖信號被輸入到控制部。 如果沒有脈沖信號來自電機6或單位時間由電機6接收的脈沖過少,則該系統(tǒng)幫助操作者容易地了解電機6被鎖定。包括在本發(fā)明的割草機中的電機6具有按照電機6的r.p.m.傳輸脈沖信號的功能,且控制部 接收該信號。進而,控制部傳輸驅動信號至電機6;如果控制部沒有接 收到來自電機6的脈沖信號,則確認電機6由于這樣或那樣的原因而 被鎖定。以此方式,控制部用作鎖定檢測器。無刷電機包括霍爾元件等以識別轉子的位置。電機脈沖信號可從 霍爾元件輸出。參考圖3,控制部包括電機脈沖識別電路、電機驅動電路、寸動控 制電路、和緊急停止電路。可替換地,這些電路可由安裝在計算機中 的軟件取代。電機脈沖識別電路接收由電機6傳輸的電機脈沖信號, 并計算脈沖的數目從而檢査電機是否被鎖定。該識別電路還檢測電機 的r.p.m.。電機驅動電路響應由電機脈沖識別電路傳輸的表示電機6的當前 每分鐘轉數的信號,傳輸驅動信號至電機6??梢允沁@樣的情況,電機 驅動電路通過位于外部的開關(未示出)接收起動/停止信號。當電機的運轉轉換為寸動模式時,寸動控制電路調節(jié)電機6的旋 轉。該電路接收指示電機6被鎖定的信號,然后傳輸使電機進入寸動 模式的信號。緊急停止電路快速響應由電機驅動電路傳輸的表示緊急 情況的信號而停止電機6。實施本發(fā)明的割草機具有三種模式;也就是,輕負荷模式、重負 荷模式和節(jié)能模式,以便持續(xù)地運轉操作部3。從此意義上說,這些模 式可統(tǒng)稱為"持續(xù)運轉模式"。更具體地,在輕負荷模式中電機以恒 定的低速度不間斷地旋轉。對于重負荷模式情形相同,差別僅在于速 度。在節(jié)能模式中,電力間斷地供應至電機6,且對其施加脈動電壓, 但操作部3持續(xù)旋轉。在寸動模式中,操作部重復起動和停止至一定程度,使得由于比 節(jié)能模式中更長的時間間隔,通過電機6的聲音和振動可感知地識別 變化的運動。寸動旋轉持續(xù)0.1至0.5秒,而停止期間持續(xù)0.5至0.9秒。在常規(guī)使用中割草機1以正常速度運轉,但是一旦刀具被割斷的草片卡住,并停止旋轉給定的時間段時,優(yōu)選為0.5至1.5秒,則開始預期的寸動運轉。在圖4中, 一旦電機部6起動,則操作程序前進至步驟l,其中在 從輕負荷模式、重負荷模式或節(jié)能模式中選擇的任何模式中起動常規(guī) 速度運轉。在步驟2,控制部中的電機脈沖識別電路試圖監(jiān)視來自電機 6的任何脈沖信號,且如果識別,則其將檢査電機6是否實際上被鎖定; 也就是,是否沒有識別到信號,或識別到太少的脈沖。如果沒有識別到脈沖信號或識別的脈沖過少,則程序前進至步驟 3,其中檢查鎖定狀態(tài)是否持續(xù)了預定的時間段。步驟7再次檢查鎖定 狀態(tài)是否持續(xù),且如果沒有識別到鎖定狀態(tài),則程序返回至步驟l,且 恢復常規(guī)運轉。如果鎖定狀態(tài)持續(xù)了預定的時間段,則程序前進至步驟4,且運轉 轉換至寸動模式,其中電機6間斷地運轉至一定程度,使得操作部的 起動和停止可被感知地識別。同時,在步驟4,計時器開始測量寸動運 轉持續(xù)的時間。在步驟5已測量預定的寸動時間段間,程序前進至步驟6,其中停 止電機6。優(yōu)選的時間段在3至5秒的范圍。即使寸動持續(xù)的時間長于 此時間段,也不太可能使刀具從纏結的切割草片中釋放出來,因此, 停止電機6。步驟8再次檢査在寸動運轉期間鎖定狀態(tài)是否持續(xù),且如 果鎖定狀態(tài)不存在,則程序返回至步驟l,其中恢復常規(guī)運轉。在寸動運轉期間,電力間斷供應至電機6,因此電機6的電池消耗 被最小化。從而在整體上導致能量的節(jié)省。寸動運轉引起電機6的不 規(guī)則振動,由此操作者可感受到該振動并得知刀具被鎖定。于是操作 者可自己停止電機6。
      權利要求
      1.一種動力驅動的割草機,包括其中容納有如旋轉刀具的割草刀具和輔件的操作部;其中容納有電機的電機部;和包括電池的電源部、包括輸入軸的前操作桿及后操作桿,其特征在于所述操作部包括第一裝置,用于監(jiān)視所述電機部是否由于這樣或那樣的原因而被鎖定,和第二裝置,用于響應來自所述第一裝置的指示所述電機部處于鎖定狀態(tài)的任何信號而使電機部進入寸動運轉。
      2. 如權利要求1所述的割草機,還包括第三裝置,用于僅在所述 鎖定狀態(tài)持續(xù)預定時間段時實行所述寸動運轉。
      3. 如權利要求2所述的割草機,還包括第四裝置,用于在盡管處 于寸動運轉中所述鎖定狀態(tài)仍持續(xù)時停止所述電機部。
      4. 如權利要求3所述的割草機,還包括用于使操作者能夠識別所 述電機處于所述寸動運轉的裝置。
      全文摘要
      一種響應負荷的節(jié)能電機驅動的割草機,包括具有割草刀具(9)的操作部(3)、具有電機的電機部(6)和具有電池(7)的電源部(8),其中操作部(3)設置有用于監(jiān)視電機部是否由于這樣或那樣的原因而被鎖定的第一裝置,和用于響應來自第一裝置的指示電機部(6)處于鎖定狀態(tài)的任何信號而使電機部進入寸動運轉的第二裝置。
      文檔編號A01D34/58GK101238772SQ200710186619
      公開日2008年8月13日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權日2006年11月14日
      發(fā)明者下田雅之, 井上三夫, 伊東一夫 申請人:伊東電機株式會社
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