响应负荷的节能电机驱动的割草机.pdf

一种响应负荷的节能电机驱动的割草机，包括具有割草刀具(9)的操作部(3)、具有电机的电机部(6)和具有电池(7)的电源部(8)，其中操作部(3)设置有用于监视电机部是否由于这样或那样的原因而被锁定的第一装置，和用于响应来自第一装置的指示电机部(6)处于锁定状态的任何信号而使电机部进入寸动运转的第二装置。

权利要求书
1.  一种动力驱动的割草机，包括其中容纳有如旋转刀具的割草刀具和辅件的操作部；其中容纳有电机的电机部；和包括电池的电源部、包括输入轴的前操作杆及后操作杆，其特征在于所述操作部包括第一装置，用于监视所述电机部是否由于这样或那样的原因而被锁定，和第二装置，用于响应来自所述第一装置的指示所述电机部处于锁定状态的任何信号而使电机部进入寸动运转。

2.  如权利要求1所述的割草机，还包括第三装置，用于仅在所述锁定状态持续预定时间段时实行所述寸动运转。

3.  如权利要求2所述的割草机，还包括第四装置，用于在尽管处于寸动运转中所述锁定状态仍持续时停止所述电机部。

4.  如权利要求3所述的割草机，还包括用于使操作者能够识别所述电机处于所述寸动运转的装置。

说明书响应负荷的节能电机驱动的割草机
技术领域
本发明涉及割草机，且更具体地涉及电机驱动的割草机，其能够响应施加在割草机刀具上的负荷而调节电力消耗。
背景技术
能够使用旋转圆形刀片或刀具割草的动力驱动的割草机，不仅在居家庭院中而且在农业田地中十分广泛地使用。这种类型的动力驱动的割草机通常配备有小型引擎。然而，使用引擎噪声大。在住宅区中的噪声可能会引起干扰，被宣布为典型的公害。此外，引擎操作的割草机剧烈振动，从而使老人、妇女和儿童难于使用。即使对男人来说，在割草机特别是在农业田地中长时间使用时，剧烈振动也可能是一个问题。近年来，电机驱动的割草机被用来取代引擎驱动的割草机。
电机驱动的割草机需要电源，且商用的电机驱动的割草机使用商用电源，其中割草机通过电气插头连接到电源。割草机必须配有电线以便从电源接收电流供应，且电线必须足够长以使割草机能够在远离电源的区域工作，并在一大片田地上到处移动。然而，经常会发生在割草机到处移动时，电线被割草机的旋转刀片无意中切断。
为了排除在割草机工作中发生切断电线的麻烦，采用电池取代商用电源。在日本实用新型早期公开申请No.1995/36611(参考文献(1))和实用新型登记号No.2,525,820(参考文献(2))中揭示了实例。
参考文献(1)和(2)中揭示的割草机由电机驱动，且电机的扭矩被传递给旋转刀具。这些割草机的电机以恒定的速度旋转，而与施加于刀具上的负荷无关。
一般地，在动力驱动的割草机中出现的麻烦为：在引擎驱动的割草机的情形中，在割草机割草时，割断的草片很可能被带到旋转刀具中；结果刀具被锁定或停止旋转。在此情况下，将内置离合器脱离，从而使引擎空转。离合器的存在在防止机器部件被损坏方面是有利的。
相反地，在电机驱动的割草机的情形中，电机的扭矩被直接传递给刀具，而没有离合器介于动力传输通道中。因此，当刀具因为这样或那样的原因被锁定时，电机被迫停止。然而，电机继续接收电流供应。在电机的电气特征下，在电机中电力过度积累。结果，电池被毫无目的地快速消耗。电池消耗越快，工作时间变得越短。
因此，本发明的主要目的是如果刀具由于这样或那样的原因被锁定时节省电力。
发明内容
实施本发明的第一种形式的割草机包括，其中容纳有割草刀具，如旋转刀具和辅件的操作部，其中容纳有驱动操作部的电机的电机部，检测操作部是否处于平滑运转的检测器，使得如果检测器检测到操作部中出现任何异常，如刀具被卡在割断的草片中，则使电机寸动。
按照此形式，如果刀具因为某些原因被锁定，如缠在切割的草片中，则供应至电机的电流变为间断的，从而最小化电力消耗。附加的优势是卷入刀具中的割断的草片很可能由于操作部的振动而滑落。
第二种形式的割草机附加设置有在刀具被锁定时使电机在一定的时间段内保持寸动的装置，从而使电机准备好在旋转刀具的扭矩已克服刀具的锁定时可能恢复的正常运转。
按照第三种形式的实施例，割草机附加设置有在锁定状态无论电机的寸动而持续延续时，用于停止电机的另一装置。
按照第四种形式的实施例，割草机附加设置有以使操作者能够感受到电机寸动的时间间隔驱动电机的装置，从而使操作者能够识别由卷入刀具中的割断的草片所引起的异常。
与上述实施例相同的优点在于响应检测到刀具被割断的草片锁定而立即暂停电力供应，从而防止电池被毫无目的地消耗。结果，电池能持续更长的时间。这总体上有助于节能。
附图说明
图1是示出实施本发明的第一种形式的割草机的透视图；
图2是图1的割草机的分解透视图；
图3是示出图1的割草机的电气结构的方框图；以及
图4是示出图1的割草机的操作的流程图。
具体实施方式
参考图1和图2，实施本发明的第一种形式的割草机将在下面进行描述：
割草机1包括容纳有盘状旋转刀具9的操作部3、容纳有电机及其辅件的电机部6、以及容纳有电池7的电源部8。操作杆被分成前操作杆(以下称为“前杆”)10和后操作杆(以下称为“后杆”)11。
前杆10容纳有动力传输轴(未示出)，并连接至容纳有公知锥齿轮的操作部3，该锥齿轮的输入端连接至动力传输轴。锥齿轮17使动力传输轴改变其旋转方向至45°。
电机部6实际上是容纳在刚性壳体22中的电机自身，该刚性壳体22容纳有直接固定在壳体22的内壁上的转子和定子，其中转子和转换机构从示图中省略。电机优选为无刷电机。
后杆11设置有操作手柄40和其中部的控制器41。控制器41包括用于从一种运转模式改变至另一种运转模式的开关45，更具体地，为轻负荷模式，重负荷模式，和节能模式，其中每个模式都将在下面更具体地描述。操作手柄40设置有操作开关(未示出)。
后杆11的后端可拆卸地设置有容纳电池7的电源部8。可根据工作的种类拆卸电源部8，且电池7可以另一个具有所需容量和电压的电池取代。
控制器41设置有公知的电压检测器(未示出)，以便监视从电源部8输入的电源电压。控制模式响应电源电压的检测而适当地切换，从而提供适量的电力至电机部6。例如，假定电源部8是内置锂电池，该锂电池具有两级串联电路，则电源电压将为约6至9伏特。如果电源部8是内置锂电池，该锂电池具有四级串联电路，则电源电压将为约12至18伏特。如果电源部8是内置镍氢电池，该镍氢电池具有10级串联电路，则电源电压将为约12伏特。如果电源部8是内置镍氢电池，该镍氢电池具有20级串联电路，则电源电压将为约24伏特。控制器41监视随电池容量而变化的电压，从而提供适量的电力给电机部6。当电池电压高时，较高的电压施加给电机部6，但该电压与电源部8的电压不成比例。
本发明的割草机的操作模式将在下面描述：
该模式包括三种模式；也就是，轻负荷模式、重负荷模式、和节能模式。轻负荷模式是在割草机用于如草坪的柔软地面时所使用的模式，其中电机部6接收低电压，且达到电流供应的最低可能上限。在此模式中刀具缓慢旋转。
重负荷模式是在割草机用于切割具有硬茎的草时所使用的模式，其中高电压施加于电机部6。结果，刀具以最高可能上限的电流高速旋转。在此情形中，电源部8优选地以适当的电源取代。
节能模式是电流间断地供应至电机部6的模式；更具体地，电流是以预定的周期供应的，或者换句话说，脉动电压施加于电机部6。在此模式中，电机部6间隔地旋转，但是刀具9用作平衡轮，并可在其自身的动量下以恒定的速度旋转。在此模式中，持续监视负荷；更具体地，持续测量供应至电机部6的电流。负荷的变化是通过所测量的电流值间接识别的。
一个优点在于随着由割草机造成的负荷的增加，单位时间的电力供应时间延长，例如，通过增加脉冲宽度而不改变频率，或可替换地，通过缩短脉冲间隔而不改变脉冲宽度。以此方式，节能模式允许电力供应变得间断，并改变电源的电压，从而避免浪费能量。另一个优点在于即使刀具由于意料之外的障碍而突然停止时，也保护了电机免受损坏。
在超负荷状态下，如当刀具由于与树枝缠结而完全停止时，单位时间的电力供应时间缩短，从而保护电机免遭烧毁，而且也避免浪费电池能量。简而言之，在超负荷模式中，正常运转模式转换为寸动模式，其细节将在下面描述：
图3清楚地表明电机部6和控制部(即电机脉冲识别电路)是电气分离的。这些部件将更具体地说明如下：
电机部6优选地由无刷电机组成，其每分钟转数(r.p.m.)可以脉冲检测或测量，以便指示电机6的r.p.m.的脉冲信号被输入到控制部。如果没有脉冲信号来自电机6或单位时间由电机6接收的脉冲过少，则该系统帮助操作者容易地了解电机6被锁定。包括在本发明的割草机中的电机6具有按照电机6的r.p.m.传输脉冲信号的功能，且控制部接收该信号。进而，控制部传输驱动信号至电机6；如果控制部没有接收到来自电机6的脉冲信号，则确认电机6由于这样或那样的原因而被锁定。以此方式，控制部用作锁定检测器。
无刷电机包括霍尔元件等以识别转子的位置。电机脉冲信号可从霍尔元件输出。
参考图3，控制部包括电机脉冲识别电路、电机驱动电路、寸动控制电路、和紧急停止电路。可替换地，这些电路可由安装在计算机中的软件取代。电机脉冲识别电路接收由电机6传输的电机脉冲信号，并计算脉冲的数目从而检查电机是否被锁定。该识别电路还检测电机的r.p.m.。
电机驱动电路响应由电机脉冲识别电路传输的表示电机6的当前每分钟转数的信号，传输驱动信号至电机6。可以是这样的情况，电机驱动电路通过位于外部的开关(未示出)接收起动/停止信号。
当电机的运转转换为寸动模式时，寸动控制电路调节电机6的旋转。该电路接收指示电机6被锁定的信号，然后传输使电机进入寸动模式的信号。紧急停止电路快速响应由电机驱动电路传输的表示紧急情况的信号而停止电机6。
实施本发明的割草机具有三种模式；也就是，轻负荷模式、重负荷模式和节能模式，以便持续地运转操作部3。从此意义上说，这些模式可统称为“持续运转模式”。更具体地，在轻负荷模式中电机以恒定的低速度不间断地旋转。对于重负荷模式情形相同，差别仅在于速度。在节能模式中，电力间断地供应至电机6，且对其施加脉动电压，但操作部3持续旋转。
在寸动模式中，操作部重复起动和停止至一定程度，使得由于比节能模式中更长的时间间隔，通过电机6的声音和振动可感知地识别变化的运动。
寸动旋转持续0.1至0.5秒，而停止期间持续0.5至0.9秒。
在常规使用中割草机1以正常速度运转，但是一旦刀具被割断的草片卡住，并停止旋转给定的时间段时，优选为0.5至1.5秒，则开始预期的寸动运转。
在图4中，一旦电机部6起动，则操作程序前进至步骤1，其中在从轻负荷模式、重负荷模式或节能模式中选择的任何模式中起动常规速度运转。在步骤2，控制部中的电机脉冲识别电路试图监视来自电机6的任何脉冲信号，且如果识别，则其将检查电机6是否实际上被锁定；也就是，是否没有识别到信号，或识别到太少的脉冲。
如果没有识别到脉冲信号或识别的脉冲过少，则程序前进至步骤3，其中检查锁定状态是否持续了预定的时间段。步骤7再次检查锁定状态是否持续，且如果没有识别到锁定状态，则程序返回至步骤1，且恢复常规运转。
如果锁定状态持续了预定的时间段，则程序前进至步骤4，且运转转换至寸动模式，其中电机6间断地运转至一定程度，使得操作部的起动和停止可被感知地识别。同时，在步骤4，计时器开始测量寸动运转持续的时间。
在步骤5已测量预定的寸动时间段间，程序前进至步骤6，其中停止电机6。优选的时间段在3至5秒的范围。即使寸动持续的时间长于此时间段，也不太可能使刀具从缠结的切割草片中释放出来，因此，停止电机6。步骤8再次检查在寸动运转期间锁定状态是否持续，且如果锁定状态不存在，则程序返回至步骤1，其中恢复常规运转。
在寸动运转期间，电力间断供应至电机6，因此电机6的电池消耗被最小化。从而在整体上导致能量的节省。寸动运转引起电机6的不规则振动，由此操作者可感受到该振动并得知刀具被锁定。于是操作者可自己停止电机6。