JP6283161B2 - 操作棹を有する作業機 - Google Patents

Description

ここで開示する技術は、操作棹を有する作業機に関する。この種の作業機としては、例えば、刈払機（草刈機とも称される）、ポールヘッジトリマ、ポールソー、ポールバリカンが知られている。

特許文献１に、従来の刈払機が開示されている。この刈払機は、操作棹と、操作棹の前端に位置するとともに、ブレードが取り付けられる前方ユニットと、操作棹の後端に位置するとともに、バッテリが取り付けられる後方ユニットを備える。刈払機はさらに、ブレードを駆動するブラシレスモータと、ブラシレスモータに電気的に接続されているモータコントローラを備えている。モータコントローラは、ブラシレスモータの回転位置に応じて、ブラシレスモータの各コイルに流れる電流の向きを切り替える。

特開２０１１−４５３４５号公報

上記した刈払機では、ブラシレスモータとモータコントローラとの両者が、前方ユニットに配置されている。このような構成であると、前方ユニットのサイズや重量が大きくなり、刈払機の使い勝手が悪くなってしまう。

上記の問題を解決するために、本技術では、ブラシレスモータを前方ユニットに配置しつつ、モータコントローラを後方ユニットに配置する。ブラシレスモータとモータコントローラの一方を前方ユニットに配置し、他方を後方ユニットに配置することで、前方ユニットのサイズや重量を削減しつつ、後方ユニットのサイズや重量の増大を抑制することができる。

本技術の一実施形態では、作業機は、操作棹と、操作棹の前端に位置するとともに、工具が取り付けられる前方ユニットと、操作棹の後端に位置するとともに、バッテリが取り付けられる後方ユニットと、前方ユニットに配置されているとともに、工具を駆動するブラシレスモータと、後方ユニットに配置されているとともに、バッテリに電気的に接続されるモータコントローラと、操作棹に沿って配置されているとともに、モータコントローラとブラシレスモータとを電気的に接続する複数のモータ電力線とを備える。

上記した実施形態において、モータコントローラは、ブラシレスモータの回転位置に応じて、複数のモータ電力線の各々に流れる電流の向きを切り替えるものであることが好ましい。

実施例１の刈払機の外観を示す図。 実施例１の刈払機の構成を模式的に示す図。 ブラシレスモータの各コイル（各モータ電力線）に流れる電流の向きを示す。 実施例２の刈払機の構成を模式的に示す図。

本技術の一実施形態では、モータコントローラが、ブラスレスモータの回転位置に応じてスイッチングされる複数のスイッチング素子を有することが好ましい。この場合、当該スイッチング素子は、電界効果トランジスタ（例えばＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（例えばＩＧＢＴ）、又はその他のトランジスタであることが好ましい。

上記した実施形態において、トランジスタのオン抵抗は低いことが好ましい。それにより、トランジスタの発熱量を抑制して、モータコントローラの過熱を防止することができる。一例ではあるが、トランジスタのオン抵抗が５ミリオーム以下であると、モータコントローラの温度を実用的なレベルに維持できることが実証されている。

同様に、トランジスタのゲート抵抗についても低いことが好ましい。トランジスタは、オン状態とオフ状態との間の中間状態にあるときに、発熱量が大きくなる。この点に関して、トランジスタのゲート抵抗が低ければ、トランジスタはオフからオンへ短時間で切り替わることができる。その結果、トランジスタの発熱量は減少する。一例ではあるが、トランジスタのゲート抵抗が１０００オーム以下であると、モータコントローラの温度を実用的なレベルに維持できることが実証されている。

本技術の一実施形態では、作業機が、前方ユニットに配置されているとともに、ブラシレスモータの回転位置に応じて信号を出力する複数のセンサと、操作棹に沿って配置されているとともに、複数のセンサの出力信号をそれぞれモータコントローラへ送信する複数の信号線と、をさらに備えることが好ましい。

本技術の一実施形態では、操作棹を有する作業機が、刈払機（草刈機）、ポールヘッジトリマ、ポールソー、ポールバリカンのいずれかであることが好ましい。

図面を参照して実施例１の刈払機１０について説明する。図１は、刈払機１０の外観を示している。刈払機１０は、雑草の刈り払い作業に用いられる電動工具である。図１に示すように、刈払機１０は、操作棹３０と、操作棹３０の前端３０ａに位置する前方ユニット２０と、操作棹３０の後端３０ｂに位置する後方ユニット４０を備えている。操作棹３０は、中空のパイプ材であって、前端３０ａから後端３０ｂまで直線状に伸びている。

前方ユニット２０は、ブレード１２を着脱可能に構成されている。ブレード１２は、刈払機１０のための工具である。本実施例におけるブレード１２は、周縁に複数の刃先を有する円板刃であって、金属材料で形成されている。ただし、ブレード１２は、このような構成に限定されず、例えばナイロンコード又はその他のコード材であってもよい。前方ユニット２０の近傍には、ブレードカバー２６が配置されている。ブレードカバー２６は、操作棹３０に固定されており、ブレード１２の一部を覆っている。

後方ユニット４０は、バッテリパック４４を着脱可能に構成されている。バッテリパック４４は、刈払機１０の電源である。バッテリパック４４は、複数の再充電可能なバッテリセルを有する。一例ではあるが、本実施例におけるバッテリパック４４は、直列に接続された１０本のリチウムイオンバッテリセルを有し、３６ボルトの公称電圧を有している。後方ユニット４０には、速度ダイヤル４８が設けられている。速度ダイヤル４８は、ブレード１２の回転速度を調節するために、ユーザによって操作される操作部材である。速度ダイヤル４８は、ユーザが操作しやすいように、後方ユニット４０の上面に配置されている。なお、速度ダイヤル４８は、速度調整用の操作部材の一例であり、他の態様の操作部材であってもよい。

操作棹３０には、利用者が把持するためのハンドル３２が設けられている。ハンドル３２は、概してＵ字形状を有しており、その中央部分が操作棹３０に固定されている。ハンドル３２の一端には右グリップ３２ａが設けられており、ハンドル３２の他端には左グリップ３２ｂが設けられている。通常、ユーザは、右グリップ３２ａを右手で把持するとともに、左グリップ３２ｂを左手で把持することによって、刈払機１０を使用することができる。この場合、前方ユニット２０はユーザの前方に位置し、後方ユニット４０はユーザの後方に位置する。

右グリップ３２ａには、トリガ３４と方向セレクタ３６が設けられている。トリガ３４及び方向セレクタ３６は、電気コード３８によって後方ユニット４０へ電気的に接続されている。トリガ３４は、ブレード１２を動作／停止させるために、ユーザによって操作される操作部材である。ユーザがトリガ３４を引くとブレード１２が動作し、ユーザがトリガ３４を戻すとブレード１２が停止するように構成されている。なお、トリガ３４は、ブレード１２を動作／停止させるための操作部材の一例であり、他の態様の操作部材であってもよい。

方向セレクタ３６は、ブレード１２の回転方向を切替えるために、ユーザによって操作される操作部材である。方向セレクタ３６は、一例であるがロッカスイッチである。ユーザが方向セレクタ３６の一方を押すとブレード１２の回転方向は正方向に設定され、ユーザが方向セレクタ３６の他方を押すとブレード１２の回転方向は逆方向に設定される。なお、方向セレクタ３６は、ブレード１２の回転方向を切替えるための操作部材の一例であり、ロッカスイッチに限られず、他の態様の操作部材であってもよい。

図２を参照して、刈払機１０の内部構造について説明する。図２に示すように、刈払機１０は、ブラシレスモータ２２と三つのセンサ２４を備えている。ブラシレスモータ２２及び三つのセンサ２４は、前方ユニット２０に配置されており、前方ユニット２０のハウジング内に収容されている。ブラシレスモータ２２は、ブレード１２を駆動するための原動機であり、ブレード１２に機械的に接続される。本実施例のブラシレスモータ２２は、三相ブラシレスモータであり、Ｕ相コイル２２ｕ、Ｖ相コイル２２ｖ、Ｗ相コイル２２ｗを有している。三つのセンサ２４は、ブラシレスモータ２２の回転位置（正確には、ブラシレスモータ２２のロータの回転位置）に応じて所定の信号を出力する。本実施例のセンサ２４は、一例ではあるが、ホール素子である。

刈払機１０は、モータコントローラ７０と三本のモータ電力線６１、６２、６３を備えている。モータコントローラ７０は、後方ユニット４０に配置されており、バッテリパック４４へ電気的に接続される。三本のモータ電力線６１、６２、６３は、後方ユニット４０に位置するモータコントローラ７０を、前方ユニット２０に位置するブラシレスモータ２２へ電気的に接続する。第１のモータ電力線６１は、ブラシレスモータ２２のＵ相コイル２２ｕ（又はＵ相端子）に接続されており、第２のモータ電力線６２は、ブラシレスモータ２２のＶ相コイル２２ｖ（又はＵ相端子）に接続されており、第３のモータ電力線６３は、ブラシレスモータ２２のＷ相コイル２２ｗ（又はＵ相端子）に接続されている。

三本のモータ電力線６１、６２、６３は、操作棹３０に沿って配置されており、後方ユニット４０から前方ユニット２０まで伸びている。本実施例では、三本のモータ電力線６１、６２、６３が操作棹３０の内部に配置されているが、それらは操作棹３０の外部に配置されてもよい。これらの構成により、バッテリパック４４は、モータコントローラ７０を介して、ブラシレスモータ２２へ電気的に接続される。即ち、バッテリパック４４からの電力は、モータコントローラ７０を介して、ブラシレスモータ２２へ供給される。

刈払機１０は、二本のセンサ電力線６４、６５と、三本のセンサ信号線６６、６７、６８を備えている。二本のセンサ電力線６４、６５は、後方ユニット４０から三つのセンサ２４へ動作電力を供給する導電線である。二本のセンサ電力線６４、６５は、操作棹３０に沿って配置されており、後方ユニット４０から前方ユニット２０まで伸びている。三本のセンサ信号線６６、６７、６８は、三つのセンサ２４の出力信号をモータコントローラ７０へ送信する導電線である。操作棹３０に沿って配置されており、前方ユニット２０から後方ユニット４０まで伸びている。本実施例では、二本のセンサ電力線６４、６５及び三本のセンサ信号線６６、６７、６８が操作棹３０の内部に配置されているが、それらは操作棹３０の外部に配置されてもよい。

刈払機１０は、定電圧回路４２と遮断回路４６を備えている。定電圧回路４２と遮断回路４６は、後方ユニット４０に配置されており、バッテリパック４４へ電気的に接続される。定電圧回路４２は、モータコントローラ７０やセンサ２４に供給される電源電圧を生成する。遮断回路４６は、バッテリパック４４とモータコントローラ７０を電気的に接続する回路上に配置されており、バッテリパック４４とモータコントローラ７０とを電気的に接続／遮断することができる。本実施例の遮断回路４６は、一例であるが、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。なお、遮断回路４６は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又はその他のスイッチング素子であってもよい。遮断回路４６は、モータコントローラ７０に接続されており、モータコントローラ７０によって制御される。

モータコントローラ７０は、三つのセンサ２４からの出力信号に基づいて、ブラシレスモータ２２の回転位置を特定し、ブラシレスモータ２２の回転位置に応じて、ブラシレスモータ２２の各コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに流れる電流の向きを切り替える。図３は、ブラシレスモータ２２の回転位置に応じて、各コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに流れる電流の向きを例示する。図３において、チャートＩｕはＵ相コイル２２ｕに流れる電流を示し、チャートＩｖはＶ相コイル２２ｖに流れる電流を示し、チャートＩｗはＷ相コイル２２ｗに流れる電流を示す。ここで、Ｕ相コイル２２ｕに流れる電流Ｉｕは、第１のモータ電力線６１に流れる電流に等しく、Ｖ相コイル２２ｖに流れる電流Ｉｖは、第２のモータ電力線６２に流れる電流に等しく、Ｗ相コイル２２ｗに流れる電流Ｉｗは、第３のモータ電力線６３に流れる電流に等しい。即ち、本実施例の刈払機１０では、操作棹３０に配置された各々のモータ電力線６１、６２、６３に流れる電流の向きが、ブラシレスモータ２２の回転位置に応じて切り替えられる。

モータコントローラ７０は、トリガ３４、方向セレクタ３６及び速度ダイヤル４８にも電気的に接続されており、それらに加えられたユーザの操作に応じて、各々のモータ電力線６１、６２、６３に流れる電流を調節することができる。加えて、モータコントローラ７０は、ユーザがトリガ３４に加えた操作に応じて、遮断回路４６の動作を制御する。それにより、ユーザがトリガ３４を引くと遮断回路４６は導通され、ユーザがトリガ３４を戻すと遮断回路４６は非導通とされる。

本実施例の刈払機１０では、ブレード１２の原動機として、ブラシレスモータ２２が採用されている。ブラシレスモータ２２は、その回転位置に応じて各コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに流れる電流の向きを切り替えるモータコントローラ７０を必要とする。従来の刈払機のように、ブラシレスモータ２２とモータコントローラ７０の両者が前方ユニット２０に位置すると、前方ユニットのサイズや重量が大きくなり、刈払機の使い勝手が悪くなってしまう。それに対して、本実施例の刈払機１０では、ブラシレスモータ２２が前方ユニット２０に位置し、モータコントローラ７０が後方ユニット４０に位置している。ブラシレスモータ２２とモータコントローラ７０の一方を前方ユニット２０に配置し、他方を後方ユニット４０に配置すると、前方ユニット２０のサイズや重量を削減しつつ、後方ユニット４０のサイズや重量の増大を抑制することができる。即ち、前方ユニット２０と後方ユニット４０との間でサイズや重量の差を小さくすることができる。その結果、刈払機１０の使い勝手が向上される。

以下では、モータコントローラ７０の具体的な構成について説明する。但し、刈払機１０のモータコントローラ７０は下記する形態に限定されず、公知である様々なモータコントローラを採用することができる。本実施例のモータコントローラ７０は、六つのスイッチング素子７１〜７６と、ゲートドライバ７８と、処理部８０を備えている。処理部８０は、ゲートドライバ７８を介して、各々のスイッチング素子７１〜７６へ電気的に接続されている。

処理部８０は、三つのセンサ２４からの出力信号に応じて、各々のスイッチング素子７１〜７６を選択的にスイッチングする。六つのスイッチング素子７１〜７６は、各々のモータ電力線６１、６２、６３を、バッテリパック４４の正極又は負極へ選択的に接続する回路を構成している。例えば、第１のスイッチング素子７１がオンされ、第２のスイッチング素子７２がオフされると、第１のモータ電力線６１はバッテリパック４４の正極に接続される。それと同時に、第３のスイッチング素子７３がオフされ、第４のスイッチング素子７４がオンされると、第２のモータ電力線６２はバッテリパック４４の負極に接続される。この場合、第１のモータ電力線６１では前方ユニット２０に向けて電流が流れ、第２のモータ電力線６１では後方ユニット４０に向けて電流が流れる。このように、処理部８０は、六つのスイッチング素子７１〜７６を選択的にスイッチングすることによって、各々のモータ電力線６１、６２、６３に流れる電流の向き（即ち、ブラシレスモータ２２の各コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに流れる電流の向き）を切り替えることができる。加えて、処理部８０は、トリガ３４、方向セレクタ３６、速度ダイヤル４８からの出力信号に応じて、六つのスイッチング素子７１〜７６の動作を調節し、ブラシレスモータ２２の回転速度や回転方向を変更することができる。

スイッチング素子７１〜７６は、電界効果トランジスタであり、詳しくは、絶縁ゲートを有するＭＯＳＦＥＴである。但し、スイッチング素子７１〜７６は、ＩＧＢＴを含むその他のトランジスタであってもよいし、他の種類のスイッチング素子であってもよい。ただし、モータコントローラ７０の過熱を防止するために、スイッチング素子７１〜７６は、発熱量（損失）が小さいものであることが好ましい。この点に関して、従来の刈払機のように、ブラシレスモータ２２とモータコントローラ７０の両者が前方ユニット２０に位置していれば、ブラシレスモータ２２の冷却ファンを用いて、モータコントローラ７０の強制冷却を行うことも考えられる。しかしながら、本実施例の刈払機１０では、ブラシレスモータ２２とモータコントローラ７０が、互いに異なるユニット２０、４０に配置されている。そのため、ブラシレスモータ２２の冷却ファンを用いてモータコントローラ７０の強制冷却を行うことができない。

従って、本実施例の刈払機１０では、スイッチング素子７１〜７６の発熱量（即ち、損失）を抑制することが、重要な技術的意義を持つ。この点に関して、各々のスイッチング素子７１〜７６には、５ミリオーム以下のオン抵抗を有するトランジスタを採用することが好ましい。オン抵抗が５ミリオーム以下であると、スイッチング素子７１〜７６の発熱量が十分に抑制され、冷却風等による強制冷却を必要とすることなく、モータコントローラ７０の温度を実用的なレベルに維持することができる。同様の観点から、各々のスイッチング素子７１〜７６には、１０００オーム以下のゲート抵抗を有するトランジスタを採用することも好ましい。この場合でも、冷却風等による強制冷却を必要とすることなく、モータコントローラ７０の温度を実用的なレベルに維持することができる。一例ではあるが、本実施例では、略３．５ミリオームのオン抵抗と、略６８０オームのゲート抵抗を有する電界効果トランジスタが採用されている。

図面を参照して実施例２の刈払機１１０について説明する。但し、実施例１の刈払機１０と共通する構成については説明を省略する。図４は、実施例２の刈払機１１０の構成を模式的に示す。実施例２の刈払機１１０では、ブレード１２を駆動するための原動機として、センサレスタイプのブラシレスモータ２２が採用されている。加えて、実施例２の刈払機１１０は、ブラシレスモータ２２の回転位置を検出するために、回転位置特定部１１２を備えている。回転位置特定部１１２は、三本のモータ電力線６１、６２、６３へ電気的に接続されている。回転位置特定部１１２は、ブラシレスモータ２２の各コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに発生する逆起電力を検出することによって、ブラシレスモータ２２の回転位置を特定することができる。特定された回転位置は、モータコントローラ７０の処理部８０へ教示される。

センサレスタイプのブラシレスモータ２２を採用すると、ブラシレスモータ２２の回転位置を検出するためのセンサ２４（図２参照）を、前方ユニット２０に設ける必要がなくなる。それにより、刈払機１０の電気的な構成が簡素化され、操作棹３０に沿って配置される導電線の数を削減することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的な有用性を持つものである。

１０、１１０：刈払機
１２：ブレード
２０：前方ユニット
２２：ブラシレスモータ
２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ：ブラシレスモータのコイル
２４：センサ
３０：操作棹
４０：後方ユニット
４４：バッテリパック
６１、６２、６３：モータ電力線
６４、６５：センサ電力線
６６、６７、６８：センサ信号線
７０：モータコントローラ
７１、７２、７３、７４，７５、７６：スイッチング素子
７８：ゲートドライバ
８０：処理部
１１２：回転位置特定部

Claims (6)

1. 操作棹と、
   前記操作棹の前端に位置するとともに、工具が取り付けられる前方ユニットと、
   前記操作棹の後端に位置するとともに、バッテリが取り付けられる後方ユニットと、
   前記前方ユニットに配置されているとともに、前記工具を駆動するブラシレスモータと、
   前記後方ユニットに配置されているとともに、前記バッテリに電気的に接続されるモータコントローラと、
   前記操作棹に沿って配置されているとともに、前記モータコントローラと前記ブラシレスモータとを電気的に接続する複数のモータ電力線と、
   を備え、
   前記モータコントローラは、前記ブラシレスモータの回転位置に応じて、前記複数のモータ電力線の各々に流れる電流の向きを切り替える、作業機。
2. 前記モータコントローラは、前記ブラスレスモータの回転位置に応じてスイッチングされる複数のスイッチング素子を有する、請求項１に記載の作業機。
3. 前記スイッチング素子はトランジスタである、請求項２に記載の作業機。
4. 前記トランジスタは５ミリオーム以下のオン抵抗を有する、請求項３に記載の作業機。
5. 前記トランジスタは１０００オーム以下のゲート抵抗を有する、請求項３又は４に記載の作業機。
6. 前記前方ユニットに配置されているとともに、前記ブラシレスモータの回転位置に応じて信号を出力する複数のセンサと、
   前記操作棹に沿って配置されているとともに、前記複数のセンサの出力信号をそれぞれ前記モータコントローラへ送信する複数の信号線と、
   をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の作業機。

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