(57)【要約】  携帯型作業機は、工具を駆動する原動機としてエンジンと電気モータを有する。エンジンは、工具に接続された出力軸を備えており、電気モータは、エンジンの出力軸にトルクを加えるように構成されている。電気モータは、アウターロータ型のブラシレスモータであり、エンジンの出力軸に固定されたロータと、エンジンのケースに固定されたステータコアを備えている。ロータは、ステータコアの周囲を取り囲む周壁を有しており、その周壁の内面にはマグネットが設けられている。
2012132564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を駆動する原動機としてエンジンと電気モータを備える携帯型作業機。
【請求項２】
前記エンジンは、前記工具に接続された出力軸を備えており、
前記電気モータは、前記エンジンの出力軸にトルクを加えることを特徴とする請求項１に記載の携帯型作業機。
【請求項３】
前記電気モータは、前記エンジンの出力軸に固定されているとともに少なくとも一つのマグネットが設けられたロータを備えることを特徴とする請求項２に記載の携帯型作業機。
【請求項４】
前記ロータには、前記エンジンに冷却風を送る冷却ファンが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の携帯型作業機。
【請求項５】
前記電気モータは、前記エンジンのクランクケースに固定されているとともに、前記ロータのマグネットに対向するステータコアを備える請求項３又は４に記載の携帯型作業機。
【請求項６】
前記ロータは、ステータコアの周囲を取り囲む周壁を有しており、その周壁の内面に前記マグネットが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の携帯型作業機。
【請求項７】
前記電気モータは、発電機としても機能することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の携帯型作業機。
【請求項８】
前記電気モータに電力を供給するバッテリをさらに備え、
前記電気モータによって発電された電力が、当該バッテリに蓄えられることを特徴とする請求項７に記載の携帯型作業機。
【請求項９】
前記エンジンの出力を調整するためにユーザが操作する操作部をさらに備え、
前記操作部に加えられた操作量が第１所定量を下回るときは、前記電気モータが発電機として機能し、前記操作部に加えられた操作量が第２所定量を上回るときは、前記電気モータが工具を駆動する原動機として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載の携帯型作業機。
【請求項１０】
前記エンジンの回転数が所定値以上のときに、前記電気モータが発電機として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載の携帯型作業機。
【請求項１１】
前記電気モータは、エンジンを始動するセルモータとしても機能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携帯型作業機。
【請求項１２】
前記電気モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の携帯型作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで開示する技術は、手持式や背負式といった携帯型作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−８４６７３号公報に、刈払機が開示されている。この刈払機は、エンジン駆動方式の携帯型作業機であり、刈刃を駆動する原動機としてエンジンを有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
携帯型作業機では、作業能率の向上のために、高出力が求められる。そのことから、エンジンの大排気量化が進められているが、エンジンの新規開発には多大な時間と費用が必要とされ、それが問題となっている。【０００４】
上述の問題を鑑み、本明細書は、大排気量のエンジンを必要とすることなく、携帯型作業機の出力向上を可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本技術では、工具を駆動する原動機として、エンジンと電気モータを併用する。この構成によると、これまでと同じサイズのエンジンを採用しながら、電気モータを新たに付加することによって、作業機の出力を向上させることができる。大排気量のエンジンを必要としない。大排気量のエンジンを新規に開発する必要がないので、多くの時間と費用を必要とすることなく、高出力の携帯型作業機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例の刈払機の外観を示す図である。
【０００７】
【図２】刈払機の動力ユニットの後部を示す図である。
【０００８】
【図３】図２中のIII−III線における断面図であり、動力ユニットの内部構造を示す図である。
【０００９】
【図４】実施例の刈払機の電気的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本技術の一実施形態では、エンジンが工具に接続された出力軸（例えばクランク軸）を備えており、電気モータが、エンジンの出力軸にトルクを加えるように構成されていることが好ましい。この構成によると、携帯型作業機を簡素に設計できるとともに、電気モータが出力するトルクのロスも少なくできる。
【００１１】
本技術の一実施形態では、電気モータは、エンジンの出力軸に固定されているとともに、少なくとも一つのマグネットが設けられたロータを備えることが好ましい。この場合、ロータには、エンジンに冷却風を送る冷却ファンが設けられていることがさらに好ましい。
【００１２】
本技術の一実施形態では、電気モータは、エンジンのケース（クランクケースやシリンブロックを含む）に固定されているとともに、ロータのマグネットに対向するステータコアを備えることが好ましい。この場合、ロータは、ステータコアの周囲を取り囲む周壁を有しており、その周壁の内面に前記マグネットが設けられていることが好ましい。
【００１３】
本技術の一実施形態では、電気モータが、発電機としても機能することが好ましい。この構成によると、エンジンの出力に余裕があるときに、電気エネルギーを蓄積しておくことができる。あるいは、工具に対して回生制動を行うことによって、エネルギー効率の向上や二酸化炭素排出量の削減を図ることもできる。
【００１４】
上記した実施形態では、携帯型作業機が、エンジンの出力を調整するためにユーザが操作する操作部をさらに備えることが好ましい。そして、操作部に加えられた操作量が第１所定量を下回るときは、電気モータが発電機として機能し、操作部に加えられた操作量が第２所定量を上回るときは、電気モータが工具を駆動する原動機として機能することが好ましい。
【００１５】
本技術の一実施形態では、電気モータは、エンジンを始動するセルモータ（スタータモータ）として機能することが好ましい。即ち、電気モータは、ユーザがエンジンを始動する際（即ち、ユーザが始動スイッチを操作した際）に、エンジンのクランク軸にトルクを加えて回転させることが好ましい。この構成によると、ユーザは楽にエンジンを始動することができる。
【００１６】
本技術の一実施形態において、携帯型作業機は、刈払機、草刈機、チェーンソー、サーキュラーカッター（カットオフソー）、噴霧機、散布機、ブロワ、集塵機のいずれであってもよい。この場合、携帯型作業機の工具には、刈刃やソーチェーンといった刃物類の他に、送風ファンやポンプも含まれものとする。なお、携帯型作業機には、上記した例に限られず、使用者が携帯して作業を行う作業機が広く含まれる。
【００１７】
本技術の一実施形態において、工具を駆動するエンジンは、２ストロークエンジンと４ストロークエンジンのいずれであってもよい。あるいは、エンジンは、他の形式のエンジン（典型的には内燃機関）であってもよい。エンジンの形式については、特に限定されない。
【００１８】
本技術の一実施形態において、工具を駆動する電気モータは、ブラシ付きモータとブラシレスモータのいずれであってもよい。あるいは、電気モータは、他の形式の電気モータ（典型的には直流モータ）であってもよい。電気モータの形式については、特に限定されない。ただし、可燃性の燃料を利用する携帯型作業機においては、接触式の整流子を必要としないブラシレスモータを採用することが好ましい。
【００１９】
本技術の一実施形態において、携帯型作業機は、蓄電装置を備え、蓄電装置に蓄電された電力を、電気モータに供給することが好ましい。さらに、携帯型作業機は、電気モータによって発電された電力を、蓄電装置に供給して蓄電することも好ましい。一例ではあるが、蓄電装置には、複数の二次電池セルを内蔵する電池パックを採用することができる。この場合、その二次電池セルは、リチウムイオンセルであることがより好ましい。
【００２０】
上記の実施形態では、一例ではあるが、電動工具用に開発された電池パックを好適に採用することができる。電動工具用に開発された電池パック、特に、リチウムイオンセルを採用した電池パックは、大容量を有し、かつ、大電流による放電が可能である。従って、そのような電池パックを採用することで、モータによってエンジンを十分にアシストすることができるとともに、モータによって発電された電力を多く蓄えることができる。従って、携帯型作業機は、電動工具用に開発されたバッテリパック（例えばスライド着脱式のバッテリパック）を着脱可能に受け入れるバッテリ取付部を有することが好ましい。
【００２１】
本技術の一実施形態において、携帯型作業機は、アイドリングストップを行うことが好ましい。即ち、携帯型作業機は、ユーザによるスロットルレバー又はロックオフ解除スイッチの操作に応じて、エンジンの停止と始動を自動的に行うことが好ましい。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例の刈払機２の外観を示している。刈払機２は、携帯型作業機の一例である。刈払機２は、操作桿４と、操作桿４の後端部に取り付けられた動力ユニット６と、操作桿４の前端部に取り付けられたギヤヘッド８と、ギヤヘッド８に取り付けられた円盤状の刈刃１０と、刈刃１０を覆うように操作桿４の前端部に取り付けられた安全カバー１２と、操作桿４の中間部に取り付けられたハンドル１４を備えている。【００２３】
操作桿４は中空のパイプ形状を有しており、直線状に伸びている。操作桿４の内部には、ドライブシャフト（図示せず）が収容されている。動力ユニット６から出力されるトルクは、操作桿４の内部のドライブシャフトを経由してギヤヘッド８に伝達し、刈刃１０を回転させる。ハンドル１４には、後述するエンジン２０のスロットル操作を行うスロットルレバー１６や、エンジン２０を停止させるストップスイッチ（図示せず）が設けられている。スロットルレバー１６は、前記エンジンの出力を調整するためにユーザが操作する操作部である。【００２４】
図２、図３に示すように、動力ユニット６は、エンジン２０、エンジン２０の燃料を貯える燃料タンク２２、エンジン２０を始動するためのリコイルスタータ２６、エンジン２０への供給空気を濾過するエアクリーナ２８、その供給空気に燃料を混合するキャブレタ３０、エンジン２０からの排気ガスを大気に放出するマフラ３２を備えている。キャブレタ３０はスロットルレバー１６に接続されており、スロットルレバー１６への操作に応じてキャブレタ３０のスロットル開度は変化する。【００２５】
エンジン２０は、分離潤滑式の４ストロークエンジンである。エンジン２０は、シリンダ３４、シリンダ３４に収容されたピストン３８、シリンダ３４に設けられた点火プラグ３６、クランクケース４０、クランクケース４０に収容されたクランク軸４２、オイルパン２４を備えている。クランク軸４２は、エンジン２０の出力軸であり、遠心クラッチ（図示省略）を介して前記したドライブシャフトに接続されている。それにより、エンジン２０の出力が、ドライブシャフトを通じて刈刃１０に伝達される。即ち、エンジン２０は、刈刃１０を駆動する原動機である。【００２６】
図３に示すように、動力ユニット６はさらに、モータ５０を備えている。モータ５０は、アウターロータ型のブラシレス三相モータである。モータ５０は、ステータコア５２、ステータコイル５４、アウターロータ５８、マグネット５６を備えている。ステータコア５２は、磁性材料で形成されており、クランクケース４０に対して固定されている。ステータコイル５４は、ステータコア５２に巻かれており、通電されることによってステータコア５２を励磁する。アウターロータ５８は、クランク軸４２に対して固定されており、クランク軸４２とともに回転する。アウターロータ５８は、円筒状の周壁と周壁の一端に設けられた底壁を有するカップ形状を有し、その周壁はステータコア５２の周囲を取り囲んでいる。マグネット５６は、アウターロータ５８の周壁の内周面に固定されており、アウターロータ５８の内側に位置するステータコア５２に対向している。【００２７】
モータ５０の出力は、アウターロータ５８からエンジン２０のクランク軸４２に加えられ、ドライブシャフトを通じて刈刃１０に伝達される。即ち、モータ５０は、刈刃１０を駆動する第２の原動機である。このように、本実施例の刈払機２は、エンジン２０とモータ５０という異種の原動機を有するハイブリッド式の携帯型作業機である。一例ではあるが、本実施例のエンジン２０は、排気量が２５ｃｃ（２５ミリリットル）のエンジンであり、約７００ワットの出力を有している。一方、モータ５０は、約６５０ワットの出力を有している。従って、エンジン２０とモータ５０の組み合わせは、約１３５０ワットの出力を有し、この値は排気量が４５ｃｃ（４５ミリリットル）の４ストロークエンジンに相当する。このように、エンジン２０とモータ５０を組み合わせることで、小排気量のエンジン２０を使用しつつ、大排気量のエンジンと同等の出力を実現することができる。【００２８】
加えて、モータ５０は、クランク軸４２の回転エネルギーを、電気エネルギーに変換する発電機としても機能することができる。例えば、エンジン２０の出力に余裕があるときは、エンジン２０の出力の一部が、モータ５０によって電力に変換される。モータ５０が発電した電力は、後述するバッテリパック９０に蓄電される。【００２９】
さらに、モータ５０は、エンジン２０を始動するセルモータ（スタータモータ）として機能することができる。ユーザがスタートスイッチ（図示省略）を操作すると、バッテリパック９０からモータ５０へ電力が供給され、モータ５０がクランク軸４２を回転させる。それにより、エンジン２０が始動する。【００３０】
モータ５０のアウターロータ５８には、冷却ファン６０が一体に設けられている。冷却ファン６０は、アウターロータ５８の周壁の外周面に設けられている。冷却ファン６０は、エンジン２０、モータ５０及びコントローラ７０に冷却風を送るように構成されている。なお、モータ５０が配置された位置は、従来製品において冷却ファンが配置されていた位置である。冷却ファン６０とアウターロータ５８を一体に形成することによって、従来製品からのサイズ拡大や設計変更が抑えられている。【００３１】
図４は、動力ユニット６の電気的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、動力ユニット６は、コントローラユニット７０と、コントローラユニット７０に接続されたバッテリパック９０を備えている。コントローラユニット７０は、マイクロコンピュータを含む複数の集積回路によって構成されている。コントローラユニット７０は、エンジン２０及びモータ５０の動作を制御する制御部である。バッテリパック９０は、複数の二次電池セルを内蔵しており、コントローラユニット７０を介してモータ５０や点火プラグ３６へ電力を供給する。本実施例のバッテリパック９０は、リチウムイオンセルを内蔵しており、公称電圧が１８ボルトのバッテリパックである。【００３２】
コントローラユニット７０は、機能的に、エンジン点火回路７２と、点火タイミング検出回路７４と、スロットル開度検出回路７６と、ロータ位置検出回路７８と、モータ駆動回路８０を備えている。エンジン点火回路７２は、バッテリパック９０からの電力を、点火プラグ３６に供給する。このとき、バッテリパック９０からの電力は、イグニッションコイル６４によって昇圧される。点火プラグ３６による放電が生じ、混合気への点火が行われる。点火タイミング検出回路７４は、クランク軸４２の回転位置を検出しながら、点火プラグ３６の点火タイミングを決定している。決定された点火タイミングは、エンジン点火回路７２に教示される。スロットル開度検出回路７６は、キャブレタ３０に接続されており、キャブレタ３０のスロットル開度を検出している。なお、スロットル開度検出回路７６は、キャブレタ３０のスロットル開度に代えて、ユーザによるスロットルレバー１６の操作量を検出してもよい。【００３３】
ロータ位置検出回路７８は、モータ５０のエンコーダ６６に接続されており、アウターロータ５８の回転位置を検出している。モータ駆動回路８０は、複数のスイッチング素子を有しており、検出されたアウターロータ５８の回転位置に応じて、ステータコイル５４の各相とバッテリパック９０の各電極を選択的に接続する。また、モータ駆動回路８０は、モータ５０のＰＷＭ制御が可能であり、検出されたキャブレタ３０のスロットル開度に応じて、モータ５０の出力を制御することができる。また、モータ駆動回路８０は、複数のスイッチング素子の切替態様を変更することによって、モータ５０を発電機として機能させることもできる。それにより、バッテリパック９０を充電することができる。即ち、モータ駆動回路８０は、バッテリ充電回路としても機能する。【００３４】
刈払うべき茂みが少量（薄い）の場合、ユーザはスロットルレバー１６を小さく操作する。この場合、キャブレタ３０のスロットル開度も小さく、エンジン２０の出力には余裕がある。従って、コントローラユニット７０は、モータ５０を発電機として機能させ、エンジン２０の出力によってバッテリパック９０の充電を行う。【００３５】
刈払うべき茂みが中量の場合、ユーザはスロットルレバー１６を中程度に操作する。この場合、キャブレタ３０のスロットル開度も中程度であり、エンジン２０の出力に過不足はない。従って、コントローラユニット７０は、モータ５０を発電機としても機能させないし、モータ５０を原動機としても機能させない。【００３６】
刈払うべき茂みが多量（濃い）の場合、ユーザはスロットルレバー１６を大きく操作する。この場合、キャブレタ３０のスロットル開度は最大となり、エンジン２０の出力が不足し得る。従って、コントローラユニット７０は、モータ５０を原動機としても機能させ、エンジン２０の不足する出力をモータ５０によってアシストする。エンジン２０とモータ５０の両者によって刈刃１０を駆動することで、多量の茂みを力強く刈払うことができる。【００３７】
スロットルレバー１６を大きく操作しているのにもかかわらず、刈払うべき茂みが少量である場合、あるいは刈払いを行っていない空吹かしの状態では、エンジンの回転数が所定値（例えば、最大出力を発揮する回転数）を超えることがあり、このときエンジンの出力には余裕があるといえる。従って、コントローラユニット７０は、エンジンの回転数が所定値（特に、最大出力を発揮する回転数）を超えるときに、モータ５０を発電機として機能させ、エンジン２０の出力によってバッテリパック９０の充電を行うことが好ましい。【００３８】
ユーザがスロットルレバー１６を原点位置に戻すと、コントローラユニット７０は点火プラグ３６への給電を中止し、エンジン２０を停止させる。いわゆるアイドリングストップである。その後、ユーザがスロットルレバー１６を操作すると、コントローラユニット７０はモータ５０によってクランク軸４２を駆動し、エンジン２０を再始動する。無用なアイドリングを避けることで、エネルギーの消費量や排気ガスの排出量が削減される。【００３９】
以上、具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。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、出願時の請求項に記載された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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2012132564.tif 000008
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