(57)【要約】【課題】エンジンと電動モータとを有するハイブリッド型としたうえで、草刈り作業に応じてエンジン及び／又は電動モータを駆動させることで簡単に草刈り作業を行うことができるようにする。【解決手段】刈刃３Ｃの回転軸に動力を伝達する電動モータＭと、回転軸に動力を伝達するエンジンＥと、電動モータＭ及びエンジンＥの駆動を制御する制御装置５０とを備え、制御装置５０は、刈刃３Ｃに掛かる負荷が高負荷である場合には、電動モータＭ及びエンジンＥを駆動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刈刃の回転軸に動力を伝達する電動モータと、前記回転軸に動力を伝達するエンジンと、前記電動モータ及びエンジンの駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記刈刃に掛かる負荷に連動して少なくとも前記電動モータと前記エンジンとのいずれかを駆動させることを特徴とする草刈機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電動モータの駆動時に前記刈刃に掛かる負荷が高負荷になった場合には、前記電動モータの駆動に加えてエンジンを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の草刈機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記エンジンの駆動時に前記刈刃に掛かる負荷が高負荷になった場合には、前記エンジンの駆動に加えて電動モータを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の草刈機。
【請求項４】
前記回転軸からの動力により駆動する走行装置を備え、
前記制御装置は、前記走行装置によって移動走行する際には、前記電動モータを駆動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の草刈機。
【請求項５】
前記制御装置は、静音で草刈り作業を行う際には、前記電動モータを駆動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の草刈機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農道や畦などで法面の雑草刈り、草地での牧草刈り等ができる草刈機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走行しながら回転する刈刃によって草を刈る草刈機として特許文献１に開示された歩行型草刈機がある。この草刈機は、ハウジング内に縦軸心周りに回転駆動される刈刃を軸支収容した草刈部に、前後の走行車輪及び操縦ハンドルを装備していると共に、前記草刈部の上部にエンジンを搭載している。
前記草刈部には、縦向き姿勢に配備されていてエンジンの動力により回転駆動される駆動軸と、この駆動軸に固定された円板状の回転基板とが設けられ、刈刃は回転基板の外周部に枢支されていて、駆動軸によって回転基板が回転駆動されることにより縦軸心周りに回転する。なお、この特許文献１にはエンジンの代わりに電動モータを利用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０５３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
刈刃に回転駆動を付与するものとして、エンジンを採用した草刈機、或いは、電動モータを採用した草刈機が開発されているが、エンジンや電動モータはそれぞれ特性がある。例えば、電動モータはエンジンに比べて「低回転／高トルク」の出力が得られやすく、一方、エンジンは電動モータよりも「高回転／高トルク」の出力が得られやすい。また、電動モータはエンジンに比べて静音性が優れており、エンジンは電動モータに比べて比較的長時間駆動することができる。従来では、エンジンと電動モータとの両方の特性を生かした草刈機は開発されておらず、それぞれの特性を草刈り作業に適合させた技術も存在していない。
【０００５】
加えて、草刈り作業においては、負荷変動が特にはげしく、このような負荷変動のはげしい草刈り作業を行う草刈機に電動モータとエンジンとの両方を採用した機械は無いのが実情である。
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、エンジンと電動モータとを有するハイブリッド型としたうえで、草刈り作業に応じてエンジン及びは電動モータを駆動させることで簡単に草刈り作業を行うことができる草刈機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を解決するために本発明が講じた技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
請求項１に係る発明では、刈刃の回転軸に動力を伝達する電動モータと、前記回転軸に動力を伝達するエンジンと、前記電動モータ及びエンジンの駆動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記刈刃に掛かる負荷に連動して少なくとも前記電動モータと前記エンジンとのいずれかを駆動させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、前記制御装置は、前記電動モータの駆動時に前記刈刃に掛かる負荷が高負荷になった場合には、前記電動モータの駆動に加えてエンジンを駆動させることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記制御装置は、前記エンジンの駆動時に前記刈刃に掛かる負荷が高負荷になった場合には、前記エンジンの駆動に加えて電動モータを駆動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明では、前記回転軸からの動力により駆動する走行装置を備え、前記制御装置は、前記走行装置によって移動走行する際には、前記電動モータを駆動させることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記制御装置は、静音で草刈り作業を行う際には、前記電動モータを駆動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明によれば、電動モータとエンジンとを備えたハイブリッド型にしているため、電動モータやエンジンの特性をいかしつつ草刈り作業を行うことができる。草刈り作業は、様々な大きさの草を刈ることから負荷変動がはげしい。それゆえ、負荷の変動に連動して（応じて）電動モータやエンジンを適宜駆動させることにより、草刈り作業を行い易くしたり、草刈り作業において無駄なエネルギー消費を抑えてエネルギー効率を高めることもできる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、例えば、草刈りの面積や草刈りのボリュームが小さく刈刃に掛かる負荷が低負荷であるときには、電動モータを駆動させて効率よく草刈りを行い、草刈りの面積や草刈りのボリュームが大きく刈刃に掛かる負荷が高負荷になったときは、電動モータの駆動に加えてエンジンを駆動させることにより、効率よく草刈りを行うことができる。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、例えば、エンジンを駆動させて草刈り作業を行っている状況下で高負荷となり、エンジンでの出力（トルク、回転数等）が不足したときには、電動モータを駆動してエンジンをサポートしながら草刈り作業を行うことができる。
請求項４に係る発明によれば、例えば、草刈りが終了して草刈機を移動させる時、即ち、移動走行時にはエンジンよりも電動モータの駆動力を用いるため、エンジンに比べて「低回転で高トルクを出力する」という電動モータの特性を生かすことができ、移動走行時におけるトルクのロスや馬力のロスを防止することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明では、例えば、住宅地などが密集している場所において、静かに草刈りを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の歩行型草刈機における全体側面図である。
【図２】同全体平面図である。
【図３】同系統図である。
【図４】第２実施形態における動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図２及び３に示すように、法面の草を刈り取り可能な歩行型草刈機１は、大別して、前後車輪２を縣架した走行機体Ｆと、電動モータＭと、エンジンＥと、電動モータＭやエンジンの動力により回転する刈刃体３とを備えている。走行機体Ｆには、操縦ハンドルＨが回動自在に取り付けられている。
【００１５】
なお、図２に示すように操縦ハンドルＨを２点鎖線で示す向きにセットした状態が、作業者が伴走し易い標準作業状態であり、説明の便宜上、走行方向を前後方向（図２の左右方向）とし、操縦ハンドルＨが偏在する側を走行機体Ｆの左側、その反対側を右側と呼称する。
走行機体Ｆは、左右側壁２０を連結板２１及び前後取っ手２２で連結し、連結板２１に駆動ケース２３を挿入配置する開口２４を形成し、駆動ケース２３を側方から跨ぐように平面視略Ｖ字状のパイプ枠２５を連結板２１の上面に固定して形成されている。連結板２１は前後方向複数枚で形成してもよい。パイプ枠２５は一方（左側）の側壁２０から突出しており、この突出部に操縦ハンドルＨを取り付ける支持台２６が設けられている。支持台２６に操縦ハンドルＨが縦軸１１回り及び横軸１２回り揺動自在に支持されている。
【００１６】
駆動ケース２３は上方から開口２４に挿入して左右側壁２０及び連結板２１に取り付けており、該駆動ケース２３の上部に電動モータＭが取り付けられている。電動モータＭの左右方向一方側（例えば、左側）にはエンジンＥが搭載されている。即ち、歩行型草刈機１は、電動モータＭ及びエンジンＥを有するハイブリッド式の草刈機である。電動モータ
Ｍはバッテリーの電力により駆動し、エンジンＥは燃料タンク（図示省略）内の燃料によって駆動する。
【００１７】
図１〜３を用いてハイブリッド式の歩行型草刈機について詳しく説明する。
図３に示すように、駆動ケース２３には、駆動伝達軸１３と刈刃軸４とが回転自在に支持されている。駆動伝達軸１３の上部は、筒カップリング２７を介して電動モータＭの出力軸Ｍ１が連結されている。即ち、電動モータＭの出力軸Ｍ１は減速器を介さずに駆動伝達軸１３に接続している。駆動伝達軸１３の下部は、刈刃クラッチＣを介して刈刃軸４が連結されている。刈刃軸４の下部は、駆動伝達軸１３から下方に突出しており、当該刈刃軸４の下部に刈刃体３が着脱自在に取り付けられている。即ち、駆動伝達軸１３及び刈刃軸４によって、刈刃体３（刈刃３Ｃ）に回転動力を伝達する回転軸が構成されていて、電動モータＭの動力が回転軸（駆動伝達軸１３及び刈刃軸４）を介して直接、刈刃体３（刈刃３Ｃ）に伝達される構造となっている。
【００１８】
図１に示すように、刈刃体３は、円板に形成されて中央部が刈刃軸４に取り付けられた支持体３Ａと、この支持体３Ａの上面に周方向等間隔に立設された羽根３Ｂと、支持体３Ａの外周部に取り付けられた刈刃３Ｃとで構成されている。したがって、刈刃クラッチＣによって駆動伝達軸１３及び刈刃軸４を接続した状態で、駆動伝達軸１３を回転駆動することによって、刈刃体３（刈刃３Ｃ）を回転させることができる。
【００１９】
さて、走行機体Ｆには、当該走行機体Ｆを走行させる走行装置３０が搭載されている。走行装置３０は、左右側壁２０の前後に貫通支持された前後軸５に、前後車輪２を装着して構成されている。走行機械Ｆには、駆動伝達軸１３からの動力を前後軸５に伝達する伝達機構３１が設けられている。
伝達機構３１は、駆動伝達軸１３の動力を取り出す動力取出部３２と、動力取出部３２から取り出された動力を前後軸５に伝達する動力伝達部３３とを備えている。
【００２０】
動力取出部３２は、駆動伝達軸１３の上下中途部であって電動モータＭの出力軸Ｍ１と刈刃クラッチＣとの間に設けられたウオームギヤ３２Ａと、このウオームギヤ３２Ａに噛合したウオームホイール３２Ｂと、このウオームホイール３２Ｂの出力軸３４に回転自在に設けられた第１ギヤ３４Ａと、この第１ギヤ３４Ａに噛合した第２ギヤ３４Ｂとを備えている。動力取出部３２では、駆動伝達軸１３の動力を、ウオームギヤ３２Ａ、ウオームホイール３２Ｂ、第１ギヤ３４Ａ及び第２ギヤ３４Ｂを介して第２ギヤ３４Ｂに設けたベベルピニオン軸３５へ動力伝達する。
【００２１】
動力伝達部３３は、前後車輪２の前後進を切り換えると共に、チェーン駆動によって動力を伝達するものである。詳しくは、動力伝達部３３は、ベベルピニオン軸３５と一体回転する前後進噛合体３８と、シフタを介して択一的に噛み合うベベルギア３９Ａ、３９Ｂとを備えている。シフタによってベベルギア３９Ａ、３９Ｂに対する前後進噛合体３８の噛み合いを切り換えることにより、ベベルギア３９Ａ、３９Ｂと一体回転する伝達軸４０の回転方向（前進回転方向、後進回転方向）を変えて、前後進の切換を行う。
【００２２】
また、動力伝達部３３は、一体回転する伝達軸４０と一体回転する駆動スプロケット３７Ａを設けると共に、前後軸５と一体回転する従動スプロケット３７Ｂを設けて、駆動スプロケット３７Ａ及び従動スプロケット３７Ｂをチェーンによって駆動する構成となっている。
以上、伝達機構３１によれば、ウオームギヤ３２Ａ、ウオームホイール３２Ｂ、第１ギヤ３４Ａ及び第２ギヤ３４Ｂ、ベベルピニオン軸３５、前後進噛合体３８、ベベルギア３９Ａ、３９Ｂ、伝達軸４０、駆動スプロケット３７Ａ、従動スプロケット３７Ｂ、チェーンを介して、駆動伝達軸１３の回転駆動力が伝えられる。
【００２３】
さて、駆動伝達軸１３には、電動モータＭの動力だけでなく、エンジンＥからの動力が伝達される。詳しくは、エンジンＥの動力が伝達される駆動軸４５には遠心クラッチ４６を介して駆動シャフト４７が連結され、この駆動シャフト４７に第１駆動ギア４８が設けられ、この第１駆動ギア４８が駆動伝達軸１３に設けられた第２駆動ギア４９に螺合することにより、エンジンＥの動力が駆動伝達軸１３に伝達される。
【００２４】
次に、歩行型草刈機１の電気制御系について説明する。
図３に示すように、歩行型草刈機１には、制御装置５０と、この制御装置５０や電動モータ等に電力を供給するバッテリー５１が搭載されている。
電動モータＭは、三相誘導電動機で構成されている。例えば、電動モータＭは、多極（１０極）のブラシレスモータで構成されたもので、さらに、ハイブリッド化したことにより、小型化のものを採用している。例えば、電動モータは、幅（直径φ８５ｍｍ×高さＨ１１５ｍｍ）を採用することが可能である。
【００２５】
電動モータＭにはインバータ５２が接続され、このインバータ５２には制御装置５０が接続されている。インバータ５２は、バッテリー５１の直流電圧をスイッチングによって形成された三相の交流電圧を電動モータＭに供給する。
制御装置５０は、エンジンＥや電動モータＭ等の駆動を制御するもので、駆動制御として、例えば、エンジンＥの始動や停止、電動モータＭの始動や停止を行う。
【００２６】
具体的には、制御装置５０は、通常モード５３と、連動モード５４と、走行モード５５と、静音モード５６とを備えている。これら通常モード５３、連動モード５４、走行モード５５及び静音モード５６は、制御装置５０に格納されたプログラム等から構成されている。なお、通常モード５３、連動モード５４、走行モード５５及び静音モード５６の切換は、操縦ハンドルＨ等に作業者が手動で切換可能なスイッチを設けてスイッチを操作することによって行ってもよいし、草刈機の様々な状況をセンサ等によって検出して自動的に行ってもよいし、各モードにおける所定の条件が揃ったときに行ってもよい。
【００２７】
通常モード５３は、操縦ハンドルＨ等にエンジンＥ又は電動モータＭのいずれかを選択する選択スイッチ等を設けて、選択スイッチにより選択されたエンジンＥ又は電動モータＭにおいて、その始動や停止等を行うものである。例えば、作業者が選択スイッチを操作することよりエンジンＥが選択された状態で、始動スイッチＳ（操縦ハンドルＨに設けられた始動スイッチＳ）をオン（ＯＮ）すると、制御装置５０は、エンジンＥにエンジン始動の制御信号を出力してエンジンＥを駆動する。始動スイッチＳをオフ（ＯＦＦ）すると、制御装置５０は、エンジンＥにエンジン停止の制御信号を出力してエンジンＥを停止する。
【００２８】
一方、作業者が選択スイッチを操作することより電動モータＭが選択された状態で、始動スイッチＳをオン（ＯＮ）すると、制御装置５０は、電動モータＭにモータ始動の制御信号を出力して電動モータＭを駆動する。始動スイッチＳをオフ（ＯＦＦ）すると、制御装置５０は、電動モータＭにモータ停止の制御信号を出力して電動モータＭを停止する。
通常モード５３によれば、例えば、作業者の判断によって、電動モータＭやエンジンＥを選択的に駆動させることにより、電動モータＭやエンジンＥの回転特性、トルク特性を生かした草刈り作業を行うことができる。また、草刈り作業において、電動モータＭとエンジンＥとを別々に使用することにより、長時間に亘って草刈り作業を行うことができる。例えば、バッテリー５１によって電動モータＭを駆動可能な時間が１時間、燃料によってエンジンＥを駆動可能な時間が２時間であるとき、草刈り作業を最大で３時間行うことができる。
【００２９】
なお、電動モータＭ及びエンジンＥの両方を駆動させるスイッチを設けて、通常モード５３であるときに、電動モータ及びエンジンＥを駆動するようにしてもよい。
連動モード５４は、刈刃３Ｃに掛かる負荷に連動して少なくとも電動モータＭとエンジンＥとのいずれかを駆動するものである。具体的には、連動モード５４は、刈刃３Ｃに掛かる負荷が低負荷であるときは電動モータＭを駆動させ、刈刃３Ｃに掛かる負荷が高負荷になったときは、電動モータＭの駆動に加えてエンジンＥを駆動するものである。
【００３０】
具体的には、連動モード５４の状態で、始動スイッチＳをオン（ＯＮ）すると、制御装置５０は、まず、インバータ５２に電動モータ始動の制御信号を出力して電動モータＭを駆動すると共に、刈刃３Ｃの負荷を監視する。刈刃３Ｃの負荷は、例えば、電動モータＭが駆動しているときのトルクを検出することにより求める。なお、刈刃３Ｃの負荷の検出方法が上述したものに限定されない。
【００３１】
制御装置５０は、刈刃３Ｃの負荷が所定以上になる（高負荷を検出する）と、エンジンＥに制御信号を出力してエンジン始動を開始する。また、制御装置５０は、刈刃３Ｃの負
荷が所定未満になる（低負荷を検出する）と、エンジンＥへの制御信号の出力を停止して当該エンジンＥを停止する。即ち、制御装置５０は、草刈のボリュームが少なく刈刃３Ｃの負荷が掛からないときには電動モータＭを優先的に駆動し、その後、草刈のボリュームが多くなり、刈刃３Ｃの負荷が所定以上になると、エンジンＥを追加駆動することにより当該エンジンＥによる回転動力を増加させる。
【００３２】
連動モード５４によれば、例えば、草刈りの面積や草刈りのボリュームが大きいとき等に、電動モータ及びエンジンの両方の動力によって刈刃３Ｃの回転数やトルクを増大させて、効率よく草刈りを行うことができる。また、草刈りの面積や草刈りのボリュームが小さくなると、電動モータのみを用いて効率よく草刈りを行うことができる。つまり、草刈りの面積やボリュームに応じた草刈り作業が行え、作業量に対する消費エネルギーを少なくでき、エネルギー効率を向上させることができる。
【００３３】
走行モード５５は、草刈機の移動走行時に、即ち、草刈り作業が終了して草刈機を農道や路上に移動させる際に、電動モータＭを駆動するものである。具体的には、走行モード５５の状態で、始動スイッチＳをオン（ＯＮ）すると、制御装置５０は、クラッチＣを電動で動作させるクラッチ電動作動部Ｃ１にクラッチ切断の信号（切断信号）を出力して駆動伝達軸１３から刈刃軸４への動力伝達を切断すると共に、インバータ５２に制御信号を出力して電動モータＭを駆動する。即ち、制御装置５０は、走行装置３０によって移動走行させる際には、まず、クラッチ電動作動部Ｃ１に切断信号を出力して刈刃軸４の回転を停止し、エンジンＥよりも先に電動モータＭを駆動して当該電動モータＭの動力によって移動走行させる。なお、クラッチＣが切断されている状態で、他のモード（連動モードや静音モード）に入ったときは、制御装置５０は、クラッチ電動作動部Ｃ１にクラッチ接続の信号（接続信号）を出力して駆動伝達軸１３と刈刃軸４とを接続する。
【００３４】
走行モード５５によれば、走行時にはエンジンよりも電動モータの駆動力を用いるため、エンジンに比べて「低回転で高トルクを出力することができる」という電動モータの特性を生かすことができ、走行時におけるトルクのロスや馬力のロスを防止することができる。なお、上述した走行モード５５では、クラッチ電動作動部Ｃ１を電動で動作させることにより自動的に駆動伝達軸１３と刈刃軸４との動力伝達の入切りを行っているが、手動でクラッチＣの入切りを行ってもよい。この場合、クラッチＣが切断されているときに走行モード５５になる。
【００３５】
静音モード５６は、草刈り作業を静音で行うときに電動モータＭを駆動するものである。具体的には、静音モード５６の状態で、始動スイッチＳをオン（ＯＮ）すると、制御装置５０は、インバータ５２に制御信号を出力して電動モータＭを駆動する。即ち、制御装置５０は、静音で草刈り作業を行う際には、まず、エンジンＥよりも先に電動モータＭを駆動して当該電動モータＭの動力によって草刈りを行う。静音モード５６によれば、住宅地等で草刈りを行うときなど、静音（低騒音）で草刈りを行うことができる。
［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態の連動モードを変形したものである。第２実施形態における歩行型草刈機の全体構成は上述した第１実施形態、即ち図１〜図３と同じであるため説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態における連動モードでは、始動スイッチＳをオン（ＯＮ）すると、制御装置５０はエンジンＥに制御信号を出力し、電動モータＭよりも先にエンジンＥを駆動させる。そうすると、図４に示すように、エンジンＥの動力が回転軸（駆動伝達軸１３及び刈刃軸４）に伝達され、刈刃３Ｃが回転する（Ｓ１）。この状態で回転軸（刈刃３Ｃ）に高負荷がかかると、制御装置５０は、電動モータＭに制御信号を出力して電動モータＭを追加駆動し、電動モータＭ及びエンジンＥの動力を回転軸に伝達する（Ｓ２）。なお、回転軸（刈刃３Ｃ）の負荷検出は、エンジンＥの出力を監視することにより行ってもよいし、回転軸の回転数やトルクを検出装置等を設けることにより行っても良い。
【００３７】
この連動モードによれば、草刈り作業時に、エンジンＥが最高出力で駆動している状況下で、例えば、一時的に刈刃３Ｃに掛かる負荷が高くなり、草刈り作業に対してエンジン側の出力（トルク、回転数等）が不足したときには、エンジンＥの駆動に加えて電動モー
タＭを駆動し、電動モータＭによってエンジンＥをサポートすることができる。即ち、電動モータＭの駆動力が回転軸にエンジンの駆動力とは別に掛かるため、草刈り時に高負荷になった場合でも、スムーズに草刈り作業を行うことができる。
【００３８】
なお、第１実施形態及び第２実施形態は、適宜変更が可能である。制御装置５０は、連動モード５４、走行モード５５、静音モード５６のすべてを搭載する必要はなく、連動モード５４、走行モード５５、静音モード５６の少なくとも１つを搭載することが望ましい。
また、上述したような電動モータＭ及びエンジンＥを備えたハイブリッド型の草刈機においては、エンジンＥを空転しているときに、エンジンＥの動力で電動モータＭを回転し、電動モータＭを発電機として回転させ、当該発電機で発電した電力をバッテリー５１に充電するようにしてもよい。また、刈刃３Ｃを停止する際、刈刃３Ｃの慣性力で電動モータＭを回転させて、回転により発生したエネルギーをバッテリー５１に充電するようにしてもよい、即ち、回生ブレーキを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  歩行型草刈機
３Ｃ  刈刃
５０  制御装置
Ｅ  エンジン
Ｈ  操縦ハンドル
Ｍ  電動モータ
【図１】
2014233255.tif 000003
【図２】
2014233255.tif 000004
【図３】
2014233255.tif 000005
【図４】
2014233255.tif 000006