(57)【要約】【課題】モータに大電流が流れることを防止でき、かつモータの小型化が可能で安定性を向上させることができる可搬式動力作業機及び刈払機を提供する。【解決手段】ステータ８の外側にロータ９が配置されたアウタロータ型のモータ４と、モータ４により駆動される駆動部（インナーシャフト２）と、駆動部により作動される作動部（図示略）とを備え、モータ４の回転軸（モータシャフト３）と駆動部との間に遠心クラッチ５が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの外側にロータが配置されたアウタロータ型のモータと、該モータにより駆動される駆動部と、該駆動部により作動される作動部とを備え、
前記モータの回転軸と前記駆動部との間に遠心クラッチが設けられていることを特徴とする可搬式動力作業機。
【請求項２】
前記ステータは、ステータベースと、該ステータベースに固定されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルと、を備え、
前記ロータは、前記回転軸に固定され前記ステータをその前面から覆う有底筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定された永久磁石と、前記回転軸を前記ステータベースの中央部に回転自在に支持する軸受けと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の可搬式動力作業機。
【請求項３】
前記遠心クラッチは、回転により径方向に拡径可能に設けられたクラッチインナーと、前記クラッチインナーをその前面から覆う有底円筒状のクラッチアウターと、を備え、
前記クラッチインナーは前記回転軸に連結され、前記クラッチアウターは前記駆動部に連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可搬式動力作業機。
【請求項４】
前記モータは、センサレスブラシレスモータであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の可搬式動力作業機。
【請求項５】
ステータの外側にロータが配置されたアウタロータ型のモータと、該モータにより駆動される駆動部と、該駆動部により作動される刈刃とを備え、
前記モータの回転軸と前記駆動部との間に遠心クラッチが設けられていることを特徴とする刈払機。
【請求項６】
前記ステータは、ステータベースと、該ステータベースに固定されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルと、を備え、
前記ロータは、前記回転軸に固定され前記ステータをその前面から覆う有底筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定された永久磁石と、前記回転軸を前記ステータベースの中央部に回転自在に支持する軸受けと、を備えたことを特徴とする請求項５記載の刈払機。
【請求項７】
前記遠心クラッチは、回転により径方向に拡径可能に設けられたクラッチインナーと、前記クラッチインナーをその前面から覆う有底円筒状のクラッチアウターと、を備え、
前記クラッチインナーは前記回転軸に連結され、前記クラッチアウターは前記駆動部に連結されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の刈払機。
【請求項８】
前記モータは、センサレスブラシレスモータであることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の刈払機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可搬式動力作業機及び刈払機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、作業者が手に持って作業を行う可搬式作業機が知られている。このような可搬式作業機として、噴霧器、チェーンソー、草刈に用いられる刈払機等がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、遠心クラッチを介してエンジンからの動力を先端側に伝達して刈歯を回転駆動させるエンジン式の刈払機が記載されている。このように、エンジンと刈歯との間に遠心クラッチが配置されることにより、刈歯に負荷が作用してその動作が停止した場合であってもエンジンが急停止しないように構成されている。
【０００３】
しかし、動力源としてエンジンを用いる可搬式作業機は、市街地等の住宅密集地での騒音の問題や二酸化炭素の排出量の過多等の環境問題を有することから、近年、動力源を電動モータに切り替える傾向がある（例えば、特許文献２参照）。このように、可搬式作業機の動力源として電動モータを用いることで従来のエンジン式のものと比較して騒音や二酸化炭素の排出過多等の環境に対する悪影響を低減することができる。
【特許文献１】特開２００８−１１８９６０号公報
【特許文献２】特開２００８−８６２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の可搬式動力作業機は、電動モータを用いた場合に、刈刃等の作動部に負荷が作用して動作が停止し、電動モータが急停止（ロック）されると、駆動源であるモータに大電流が流れるという課題がある。
このような大電流がモータに流れると、モータのコイルが損傷したり、コントローラの素子が損傷したりする可能性がある。大電流による損傷を防止するためには、電流制御（制限）回路やヒューズ等の対策が必要になる。また、モータやコントローラ等の素子を大電流に耐え得るパワー素子にした場合には、製造コストが大幅に増加してしまう。
【０００５】
上記の電動モータとして、モータ構造の簡素化や低コスト化を図るために、モータの回転を検出するためのセンサを有さないセンサレスブラシレスモータの導入が求められている。一般に、センサレスブラシレスモータは、起動時にロータの微小な正逆回転を複数回行うことで、コイルインダクタンスの変化等を利用してロータの位置を検出している。そのため、センサレスブラシレスモータでは、モータを正常に回転させるために起動時にモータをある程度自由に回転させることが必要である。したがって、センサレスブラシレスモータでは、通常のセンサを有するブラシレスモータのように停止状態から負荷を与えた状態での起動ができないという課題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているモータは、ロータがステータの内側に配置されている。そのため、十分なトルクを得るためには、減速機を用いたりあるいはモータを大型化させたりする必要があるという課題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、モータに大電流が流れることを防止でき、かつモータの小型化が可能で安定性を向上させることができる可搬式動力作業機及び刈払機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の可搬式動力作業機は、ステータの外側にロータが配置されたアウタロータ型のモータと、該モータにより駆動される駆動部と、該駆動部により作動される作動部とを備え、前記モータの回転軸と前記駆動部との間に遠心クラッチが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の可搬式動力作業機は、前記ステータは、ステータベースと、該ステータベースに固定されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルと、を備え、前記ロータは、前記回転軸に固定され前記ステータをその前面から覆う有底筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定された永久磁石と、前記回転軸を前記ステータベースの中央部に回転自在に支持する軸受けと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の可搬式動力作業機は、前記遠心クラッチは、回転により径方向に拡径可能に設けられたクラッチインナーと、前記クラッチインナーをその前面から覆う有底円筒状のクラッチアウターと、を備え、前記クラッチインナーは前記回転軸に連結され、前記クラッチアウターは前記駆動部に連結されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の可搬式動力作業機は、前記モータは、センサレスブラシレスモータであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の刈払機は、ステータの外側にロータが配置されたアウタロータ型のモータと、該モータにより駆動される駆動部と、該駆動部により作動される刈刃とを備え、前記モータの回転軸と前記駆動部との間に遠心クラッチが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の刈払機は、前記ステータは、ステータベースと、該ステータベースに固定されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルと、を備え、前記ロータは、前記回転軸に固定され前記ステータをその前面から覆う有底筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定された永久磁石と、前記回転軸を前記ステータベースの中央部に回転自在に支持する軸受けと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の刈払機は、前記遠心クラッチは、回転により径方向に拡径可能に設けられたクラッチインナーと、前記クラッチインナーをその前面から覆う有底円筒状のクラッチアウターと、を備え、前記クラッチインナーは前記回転軸に連結され、前記クラッチアウターは前記駆動部に連結されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の刈払機は、前記モータは、センサレスブラシレスモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成することで、作動部または刈刃に負荷が作用してその動作速度が低下、あるいはその動作が停止した場合であっても、遠心クラッチにより駆動部とモータの回転軸とを切り離すことができる。したがって、モータが急停止（ロック）されることを防止して、モータのコイルやコントローラ等に大電流が流れることを防止できる。これにより、コイルの損傷やコントローラの素子の損傷を防止することができる。
また、ステータの外側にロータが配置されているので、ロータをフライホイールとして機能させ、モータ動作時に回転軸を安定して回転させることができる。また、ロータがステータの内側に配置されたモータと比較して、モータを小型化させた場合であっても必要なトルクを得ることができる。
したがって、本発明の可搬式動力作業機及び刈払機によれば、モータに大電流が流れることを防止でき、かつモータの小型化が可能で、モータの安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の刈払機（可搬式動力作業機）は、作業者が手に持って草刈作業を行うための汎用機器である。なお、以下の各図面では、部材毎に縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態の刈払機１の概略構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、刈払機（可搬式動力作業機）１は、主に、回転式の刈刃（作動部、図示略）と、刈刃に連結されたインナーシャフト（駆動部）２と、モータシャフト（回転軸）３を回転させてインナーシャフト２を駆動するモータ４とにより構成されている。インナーシャフト２とモータシャフト３との間には、遠心クラッチ５が配置されている。
遠心クラッチ５は、モータ４のモータシャフト３に連結されたクラッチインナー６と、クラッチインナー６を前面から覆うクラッチアウター７とにより構成されている。
【００１９】
クラッチインナー６は、モータシャフト３に連結された円筒状の支持部６ａの周囲に拡径部６ｂを備えている。拡径部６ｂは、周方向に分割された複数のクラッチシュー６ｃと、クラッチシュー６ｃを支持部６ａに保持するスプリング（弾性部材）６ｄとにより構成されている。スプリング６ｄのばね定数（弾性係数）は、クラッチインナー６の回転速度が所定の回転速度を超えたときに、クラッチシュー６ｃに作用する遠心力によりスプリング６ｄが伸長し、クラッチシュー６ｃがクラッチアウター７の内側面７ａに当接するように調整されている。
【００２０】
クラッチアウター７は、クラッチインナー６を前面から覆う有底円筒状の形状に形成されている。クラッチアウター７の底部７ｂの外側には、インナーシャフト２が挿入される円筒状の支持部７ｃが設けられている。クラッチアウター７は、内径がクラッチインナー６の静止時の外径よりも一回り大きく形成され、クラッチインナー６の静止状態において内側面７ａがクラッチシュー６ｃと離間するようになっている。
【００２１】
インナーシャフト２の基端側はクラッチアウター７の支持部７ｃに挿入され、支持部７ｃにスプライン嵌合またはセレーション嵌合により固定されている。
図示は省略するが、インナーシャフト２の先端側には複数の歯車からなるギア部（駆動部）を介して円板状の刈刃が連結されている。刈刃は、周上に複数の鋸歯状の歯を備えている。ギア部は、複数の歯車によりインナーシャフト２の軸周りの回転を刈刃の周方向の回転に変換するように構成されている。
【００２２】
モータ４は、内側に配置されたステータ８と、ステータ８の外側に配置されたロータ９とにより構成されている。モータ４は、所謂センサレスブラシレスモータであって、ロータ９の回転位置を検出する位置センサを備えておらず、位置センサレスで駆動制御を行う。すなわち、モータ４は、起動時にロータ９を複数回、微小に正逆回転させ、誘起電圧や電流を利用してロータ９の位置検出を行うように構成されている。
【００２３】
ステータ８は、モータベース（ステータベース）８ａと、ボス部８ｂと、ステータコアと８ｃを備えている。モータベース８ａは円板状に形成され、中央部にはモータシャフト３を挿通させる貫通孔８ｄが形成され、貫通孔８ｄにはオイルシール１０が設けられている。モータベース８ａの貫通孔８ｄの周囲には、複数のボルト１１によりボス部８ｂが固定されている。
【００２４】
ボス部８ｂは中央部に設けられた円筒状の円筒部８ｅと、円筒部８ｅの径方向に張り出すように設けられたフランジ部８ｆとを備えている。フランジ部８ｆには、複数のボルト１２によりステータコア８ｃが固定されている。円筒部８ｅの内側には、モータシャフト３を回転自在に支持する複数のベアリング（軸受け）１３が設けられている。
【００２５】
ステータコア８ｃは円環状に形成され、周方向に等間隔で放射状に突設された複数のティース８ｇを備え、ボス部８ｂを介してモータベース８ａに固定されている。ステータコア８ｃは、磁性材料からなる金属板をモータシャフト３の軸方向に積層することにより形成されている。各々のティース８ｇには、絶縁材であるＬ字状の断面形状のインシュレータ８ｈを介してコイル８ｉが巻装されている。
コイル８ｉの端末部は入力線（図示略）に接続され、入力線はモータ動力線１４を通して不図示のコントローラに接続されている。モータ動力線１４はモータベース８ａに設けられた貫通孔８ｊから外部に引き出され、貫通孔８ｊはモータ動力線１４を挿通させた封止部材１５により密閉されている。
【００２６】
ロータ９は、ステータ８をその前面から覆う有底筒状のロータヨーク９ａと、ロータヨーク９ａの内周面に固定された永久磁石９ｂとを備えている。永久磁石９ｂは、ロータヨーク９ａの周方向に磁極が順番になるように設けられている。
ロータヨーク９ａの底部９ｃの中央部には貫通孔９ｄが形成され、貫通孔９ｄの周囲には径方向に円板状に拡径されたモータシャフト３の端部３ａが複数のボルト１６により固定されている。これにより、モータシャフト３はロータ９の中央部に固定され、ベアリング１３によりモータベース８ａの中央部に回転自在に支持されている。
このように、本実施形態のモータ４は、ステータ８の外側にロータ９が配置されたアウタロータ型のセンサレスブラシレスモータである。
【００２７】
ロータ９は、複数のボルト１７によりモータベース８ａに固定された有底円筒状のモータカバー１８により覆われている。モータカバー１８は例えば樹脂材料等により形成されている。モータベース８ａの外縁部のモータカバー１８に対向する面にはリング溝１９が形成され、リング溝１９にはＯリング２０が嵌め込まれている。Ｏリング２０は、例えばゴム等の弾性を有する材料により形成され、モータカバー１８とモータベース８ａとの隙間を密閉している。
【００２８】
モータベース８ａのモータカバー１８が固定された面と反対側の面には、平板状の機器取付ベース２１と有底円筒状のクラッチカバー２２とが、複数のボルト２３により固定されている。
クラッチカバー２２は遠心クラッチ５のクラッチアウター７と同様の有底円筒状の形状に形成され、遠心クラッチ５を前面から覆うように設けられている。クラッチカバー２２の底部２２ａには円筒状の支持部２２ｂが設けられ、支持部２２ｂの内側にはクラッチアウター７の支持部７ｃを回転自在に支持するベアリング２４が設けられている。
【００２９】
クラッチカバー２２の支持部２２ｂの開口部２２ｃの内側には、インナーシャフト２を挿通させる筒状のアウターパイプ２５の端部が嵌め込まれている。これにより、クラッチカバー２２とアウターパイプ２５とが一体的に連結されている。アウターパイプ２５には、例えば作業者が把持するためのハンドル（図示略）が設けられている。
【００３０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１に示す刈払機１を用いて草刈作業を行う場合には、まずモータ４を起動する。センサレスブラシレスモータであるモータ４は、起動時にロータ９を複数回、微小に正逆回転させてロータ９の位置検出を行う。これにより、モータシャフト３が微小に回転し、モータシャフト３に連結された遠心クラッチ５のクラッチインナー６も複数回、微小に正逆回転する。
【００３１】
ここで、クラッチインナー６のクラッチシュー６ｃは、静止時にクラッチアウター７の内側面７ａから離間するように設けられている。また、スプリング６ｄのばね定数は、クラッチインナー６が所定の回転速度で回転したときに、クラッチシュー６ｃがクラッチアウター７の内側面７ａに所定の圧力で当接するように調整されている。そのため、このようなロータ９の位置検出時の微小回転では、クラッチシュー６ｃがクラッチアウター７の内側面７ａから離間した状態が維持される。
したがって、本実施形態の刈払機１によれば、モータ４の起動時にロータ９を自由に回転させロータ９の位置検出を行うことができる。
【００３２】
モータ４はロータ９の位置検出を終えるとロータ９を正方向に回転させる。すると、ロータ９の回転速度が上昇していき、ロータ９の回転に伴って回転するクラッチインナー６のクラッチシュー６ｃに作用する遠心力が増大する。クラッチインナー６の回転速度が所定の速度を超えると、クラッチシュー６ｃに作用する遠心力がスプリング６ｄのばね力よりも大きくなる。すると、スプリング６ｄが伸長してクラッチインナー６の拡径部６ｂが拡径され、クラッチシュー６ｃがクラッチアウター７の内側面７ａに当接する。
【００３３】
ロータ９の回転速度がさらに上昇すると、クラッチシュー６ｃに作用する遠心力がさらに増大し、クラッチシュー６ｃをクラッチアウター７の内側面７ａに押し付ける圧力が増大する。これにより、クラッチシュー６ｃからクラッチアウター７に作用する摩擦力が増大し、クラッチアウター７が回転を始める。クラッチインナー６の回転速度がさらに上昇すると、クラッチアウター７はクラッチインナー６と略等しい回転速度で回転する。
【００３４】
クラッチアウター７が回転すると、クラッチアウター７の支持部７ｃに連結されたインナーシャフト２が回転する。インナーシャフト２が回転すると、インナーシャフト２の先端側に設けられたギア部が駆動され、刈刃が回転する。作業者は、この回転する刈刃により草刈作業を行うことができる。
【００３５】
ここで、草刈時に刈刃に大きな負荷が作用して刈刃の回転速度が低下した場合には、ギア部を介して刈刃に連結されたインナーシャフト２の回転速度が低下する。これにより、インナーシャフト２に連結されたクラッチアウター７の回転速度が低下する。クラッチアウター７の回転速度が低下すると、クラッチアウター７の内側面７ａに当接したクラッチインナー６の回転速度が低下する。これにより、クラッチシュー６ｃに作用する遠心力がスプリング６ｄのばね力よりも小さくなり、拡径部６ｂの径が縮小してクラッチシュー６ｃがクラッチアウター７の内側面７ａから離れる。
【００３６】
したがって、本実施形態の刈払機１によれば、刈刃に負荷が作用して刈刃の回転速度が低下、あるいは回転が停止した場合であっても、遠心クラッチ５により刈刃に連結されたインナーシャフト２とモータ４のモータシャフト３とを切り離すことができる。したがって、モータ４が急停止（ロック）されることを防止して、コイル８ｉやコントローラ等に大電流が流れることを防止できる。これにより、コイル８ｉの損傷やコントローラの素子の損傷を防止することができる。
【００３７】
また、遠心クラッチ５によりモータ４の回転速度を所定値以上に維持することができ、大電流による損傷を防止する電流制御（制限）回路やヒューズ等の対策が必要なくなる。これにより、製造コストを低下させることができる。
また、遠心クラッチ５を用いることで、モータ４にセンサレスブラシレスモータを適用することができる。これにより、モータ４の構造の簡素化や部品点数の削減を実現することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
また、モータ４は起動時や低回転時ほど大きな電流が流れるが、本実施形態の刈払機１によれば、遠心クラッチ５によりモータ４の起動をモータ４単体で行うことができる。したがって、モータシャフト３とインナーシャフト２を直結あるいは減速機を介して連結させた場合と比較して、電力の消費を抑制することができる。そのため、モータ４をバッテリーにより駆動させる場合には、従来よりもモータ４の駆動時間を延長することができ、連続作業時間を延長することができる。
【００３９】
また、モータ４の回転速度が低下すると遠心クラッチ５によりモータ４とインナーシャフト２が切り離される。そのため、モータ４の効率が悪くなる高電流（高負荷）側でのモータ４の使用を抑制し、モータ４の効率が良好な範囲でモータ４を使用することができる。したがって、モータ４の消費電力を抑制することができる。そのため、モータ４をバッテリーにより駆動させる場合には、従来よりもモータ４の駆動時間を延長することができ、連続作業時間を延長することができる。
【００４０】
また、本実施形態の刈払機１は、ロータ９がステータ８の外側に配置されたアウタロータ型のモータ４を採用している。そのため、ロータ９がステータ８の内側に配置されたモータよりもモータ４を小型化させた場合であっても十分なトルクを得ることができる。したがって、刈払機１を小型・軽量化することが可能になり、作業性を向上させることができる。
【００４１】
また、ロータ９がモータシャフト３の径方向に拡がるように設けられたロータヨーク９ａを有していることから、ロータ９をフライホイールとして機能させることができる。したがって、モータシャフト３の回転速度の急激な変動等を防止して、モータ４の安定性を向上させることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の刈払機１によればモータ４に大電流が流れることを防止でき、かつモータ４の小型化が可能で、モータ４の安定性を向上させることができる。
【００４３】
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、可搬式動力作業機は、上述の実施の形態で説明した刈払機に限られず、例えば噴霧器や、チェーンソー等の工作機械であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る可搬式動力作業機の一例である刈払機の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  刈払機（可搬式動力作業機）
２  インナーシャフト（駆動部）
３  モータシャフト（回転軸）
４  モータ
５  遠心クラッチ
６  クラッチインナー
７  クラッチアウター
８  ステータ
８ａ  モータベース（ステータベース）
８ｃ  ステータコア
８ｉ  コイル
９  ロータ
９ａ  ロータヨーク
９ｂ  永久磁石
１３  ベアリング（軸受け）
【図１】
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