电动割草机的控制装置
阅读：373发布：2020-05-20
专利汇可以提供电动割草机的控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种手扶式电动 割草机 的控制装置，其具有：第一 开关 元件，配置于将二次 电池 与 电动机 连接起来的 电流 通路中，当其置于接通时容许充电电流从电动机向二次电池通电，而当其置于切断时阻止所述通电；以及第二开关元件，与 电阻 器 串联 地插设于电流通路中，当其置于接通时容许充电电流从电动机向 电阻器 通电，而当其置于切断时阻止所述通电；并且，基于检测二次电池 温度 的机构以及检测 电路 内部 电压 的机构的输出，来控制第一、第二开关元件的接通/切断动作（步骤S10至步骤S24）。，下面是电动割草机的控制装置专利的具体信息内容。
1.一种电动割草机的控制装置，其为手扶式电动割草机的控制装置，包括：
机体，由用户从后方手推能够沿着育草地移动；
电动机，安装于所述机体中；
切割刀片，配置于所述机体的下表面上，并且与所述电动机相连接，由所述电动机驱动旋转时，能够收割所述草；
二次电池，安装于所述机体中，并且与所述电动机相连接，将贮存电力作为工作电源放电至所述电动机，而在制动所述切割刀片的驱动旋转时利用来自所述电动机的再生电流来充电；
电机驱动电路，调节向所述电动机的工作电源的供给；以及
控制部，控制所述电机驱动电路的动作；其特征在于，所述电动割草机的控制装置还包括：
第一开关元件，配置于连接所述二次电池与电动机的电流通路中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电动机向所述二次电池通电，而当其置于切断时阻止通电；
电阻器，插设于所述电流通路中；
第二开关元件，与所述电阻器串联地插设于所述电流通路中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电动机向所述电阻器通电，而当其置于切断时阻止通电；
二次电池温度检测机构，检测所述二次电池的温度；以及
电路内部电压检测机构，检测所述电机驱动电路的内部电压；
所述控制部，根据所述二次电池温度检测机构和电路内部电压检测机构的输出，控制所述第一、第二开关元件的接通/切断动作。
2.根据权利要求1所述的电动割草机的控制装置，其特征在于，当由所述二次电池温度检测机构检测出的所述二次电池的温度为预定温度以上时，所述控制部将所述第一开关元件置于接通，以容许充电电流从所述电动机向所述二次电池通电，而当所述二次电池的温度小于所述预定温度时，所述控制部将所述第一开关元件置于切断，以阻止充电电流从所述电动机向所述二次电池通电。
3.根据权利要求1或2所述的电动割草机的控制装置，其特征在于，当由所述电路内部电压检测机构检测出的所述电机驱动电路的内部电压为保护电压以上时，所述控制部将所述第二开关元件置于接通，以容许充电电流从所述电动机向所述电阻器通电；而当检测出的所述电机驱动电路的内部电压小于所述保护电压时，所述控制部将所述第二开关元件置于切断，以阻止充电电流从所述电动机向所述电阻器通电。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的电动割草机的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
二次电池剩余容量检测机构，检测所述二次电池的剩余容量；
当由所述二次电池剩余容量检测机构检测出的所述二次电池剩余容量小于预定容量时，所述控制部将所述第一开关元件置于接通，以容许充电电流从所述电动机向所述二次电池通电；而当所述二次电池剩余容量为所述预定容量以上时，所述控制部将所述第一开关元件置于切断，以阻止充电电流从所述电动机向所述二次电池通电。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的电动割草机的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
电子控制单元，其具有微处理器和存储器；
所述微处理器用作所述控制部。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的电动割草机的控制装置，其特征在于，所述二次电池包括锂离子电池。
电动割草机的控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电动割草机的控制装置，具体涉及一种由用户手推能够沿着育草地移动的手扶式电动割草机的控制装置。
背景技术
[0004] 对此，在专利文献1中，鉴于以往在与二次电池相比能源密度更高的电气双层槽的电容器中暂时贮存再生电力而导致构造复杂的问题，提出了一种电力再生系统，其具有：向电动机供给电力的主电池；以及电压被设定为低于主电池充电电压的辅助电池，由辅助电池贮存再生制动时由电动机产生的再生电力。
[0005] 专利文献1所记载的技术是，通过如上所述的构成可实现结构小型化和低成本化，但本发明这样的手扶式电动割草机，优先考虑的是简易的结构，所以采用如专利文献1中记载的追加辅助电池的方案并不理想。
[0006] 现有技术文献：
[0007] 专利文献1：日本特开2013-207976号公报
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的手扶式电动割草机的控制装置，该装置具有由充电受制约的二次电池驱动的电动机，并且并不防碍二次电池的充电。
[0009] 为了解决上述课题，在本发明提供的手扶式电动割草机的控制装置，包括：由用户从后方手推能够沿着育草地移动的机体；安装于所述机体中的电动机；切割刀片，配置于所述机体的下表面上，并且与所述电动机相连接，由所述电动机驱动旋转时，能够收割所述草；二次电池，安装于所述机体中，并且与所述电动机相连接，将贮存电力作为工作电源放电至所述电动机，而在制动所述切割刀片的驱动旋转时利用来自所述电动机的再生电流来充电；调节向所述电动机的工作电源的供给的电机驱动电路；以及控制所述电机驱动电路动作的控制部；其构成为，所述控制装置还包括：第一开关元件，配置于连接所述二次电池与电动机的电流通路中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电动机向所述二次电池通电，而当其置于切断时阻止通电；电阻器，插设于所述电流通路中；第二开关元件，与所述电阻器串联地插设于所述电流通路中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电动机向所述电阻器通电，而当其置于切断时阻止通电；二次电池温度检测机构，检测所述二次电池的温度；以及电路内部电压检测机构，检测所述电机驱动电路的内部电压；所述控制部，根据所述二次电池温度检测机构和电路内部电压检测机构的输出，控制所述第一、第二开关元件的接通/切断动作。
[0010] 发明效果：
[0011] 在本发明的手扶式电动割草机，其构成为，具有：第一开关元件，其配置于连接所述二次电池与电动机的电流通路中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电动机向所述二次电池通电，而当其置于切断时阻止通电；插设于所述电流通路中的电阻器；第二开关元件，其与所述电阻器串联地插设于所述电流通路中，当其置于接通时容许充电电流从所述电动机向所述电阻器通电，而当置于切断时阻止通电；检测所述二次电池温度的二次电池温度检测机构；检测所述电机驱动电路内部电压的电路内部电压检测机构；以及根据所述二次电池温度检测机构和电路内部电压检测机构的输出，控制所述第一开关元件和第二开关元件的接通/切断动作的控制部。因此，对第一开关元件的接通/切断动作进行控制，使得例如检测出的二次电池温度低时，阻止充电电流(再生电流)流入二次电池中，由此能够避免二次电池的特性劣化，从而能够可靠地避免二次电池的充电出现障碍。
[0012] 还有，当所检测出的电机驱动电路内部电压超过保护电压时，控制第二开关元件的接通/切断动作，以容许例如充电电流(再生电流)对电阻器通电，通过对电阻器通电，能够防止电动驱动电路内部电压过度增大。
[0013] 另外，通过控制第一开关元件、第二开关元件的接通/切断动作，能够更容易地根据二次电池的状态来选择是否使由电动机产生的再生电流返回到二次电池中。另外，在不使再生电流返回到二次电池的情况下，也能够通过例如容许对电阻器的通电来防止电机驱动电路内部电压过度增大，因此，即使在未设有机械制动器的情况下，不考虑二次电池的状态下，也能够获得可靠的制动力。附图说明
[0014] 图1是本发明一实施方式所涉及的电动割草机控制装置的整体结构示意图。
[0015] 图2是图1装置构成部件的电连接关系的框图。
[0016] 图3是图1装置的动作流程图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明电动割草机控制装置的实施方式进行说明。
[0018] 图1表示本发明所述电动割草机的控制装置的整体结构示意图。
[0019] 在图1中，附图标记10表示电动割草机(以下称为“割草机”)，割草机10包括机体(机架)12。在机体12中具有电动机(以下“电机”)14、切割刀片16、二次电池(以下称为“蓄电池”)20以及容纳于箱体22a内的电子电路基板22。
[0020] 蓄电池20采用比普通铅电池具有更高的能源密度的、可充电的锂离子电池等。
[0021] 如图所示，机体12呈类似车身的结构，并且具有配置于其下部的一对前轮12a和后轮12b(两者仅图示前侧视图)以及把手12c，由用户P从后方手推把手12c，能够使机体12沿着育草地G移动。
[0022] 电机14配置于机体12的中央附近。省略了如下的图示，在机体12中，通过对电机14配置部位的下表面切槽为圆形，而形成有中空圆筒状的刀片室(刀片腔)，其腔内容纳有可旋转的切割刀片16(与未图示的送风机)。机体12的上部覆盖有盖12d。
[0023] 切割刀片16和送风机与电机14的输出轴14a相连接，当切割刀片16由电机14驱动旋转时，能够收割育草地G上的草。所收割的草由送风机压送至放出口(未图示)，并自此被收集到安装于机体12后方的集草袋24内。在把手12c的附近设置有可供用户P输入电机14启动或停止指示的开关(SW)26。
[0024] 图2是表示图1装置的构成部件的电连接关系的框图。
[0026] 在电流通路30中连接有用于调节向电机14供给的工作电源的电机驱动电路(以下简称“驱动电路”)34。具体而言，驱动电路34连接于正侧电流通路30a与负侧电流通路30b之间。
[0027] 电机14可采用三相无刷DC电机，例如，其为外转子型多级电机，具体的，该外转子型多级电机具有：位于电机外侧且惯性轮内周面上配置有多组永久磁铁的转子(Rotor)；以及与转子相对置地位于电机内侧，包括多个突起以及缠绕于该突起上的、配置为间隔120度的U、V、W三相线圈14b的定子(Stator)。
[0028] 驱动电路34包括逆变电路，具体而言，所述逆变电路包括：桥式连接的多组栅极元件、即，包括绝缘FET和寄生二极管的正侧的三个栅极元件和负侧的三个栅极元件共计六个栅极元件34a、34b、34c、34d、34e、34f；以及将驱动电压输出至六个栅极元件的栅极来调整其动作的驱动器34g。
[0029] 在电子电路基板22上配置有通过驱动器34g来控制驱动电路34动作的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元(控制部(控制机构))36。ECU36从电流通路30接受工作电源的供给。
[0030] 具体而言，ECU36包括具有CPU(微处理器)36a和存储器36b的微电脑，CPU36a作为控制部(控制机构)来发挥功能作用，即，当由用户P通过开关26输入电机14启动指示时，CPU36a对驱动器34g的动作进行PWM控制，以使经电流通路30放电的蓄电池20的放电电力作为工作电源按相位次序(相序)依次施加至分别与U、V、W线圈14b相连接的六个栅极元件34a-34f的栅极上，由此使电机14旋转。
[0031] 另外，由ECU36，更具体而言，由控制部36a进行控制，当由用户P通过开关26输入电机14停止指示时，使得根据依次按U、V、W相产生感应电动势的时序而再生驱动所对应的栅极元件，以使三相线圈14b产生再生电流。由此，将所产生的再生电流作为再生电流通过电流通路30、更具体说通过正侧电流通路30a、负侧电流通路30b而供给至蓄电池20。
[0032] 此外，在电机14上配置有三个霍尔(Hall)元件传感器40，以基于转子的位置和电机14的转速而产生输出。也将霍尔元件传感器40的输出输入至电子电路基板22上，并送入ECU36中。ECU36，即，控制部36a基于此，如上所述那样控制驱动器34g的动作。
[0033] 在电流通路30中、具体而言，正侧电流通路30a中插设有与驱动电路34的栅极元件同样的，包括绝缘FET和寄生二极管的、串联连接的二个开关元件42，更具体而言，插设有包括相互串联的充电开关元件42a即第一开关元件和放电开关元件42b的两个开关元件42。
[0034] 充电开关元件42a的构成为，当置于接通(ON)时，容许充电电流从电机14向蓄电池20通电；另一方面，当置于切断(OFF)时，阻止所述通电。放电开关元件42b的构成为，当置于接通时，容许放电电流从蓄电池20向电机14通电；另一方面，当置于切断时，阻止所述通电。
[0035] 这样，在电流通路30中，串联地插设有用于容许充电电流从电机14向蓄电池20通电的充电开关元件42a与用于容许放电电流从蓄电池20向电机14通电的放电开关元件42b，换句话说，通过将充电开关元件42a和放电开关元件42b分别置于接通或置于切断二选一，能够更容易地控制其充电或放电。
[0036] 另外，在电流通路30中、具体而言在正侧电流通路30a与负侧电流通路30b之间插设有制动器电阻(电阻器)44，并且还插设有与制动器电阻44串联的、且与充电开关元件42a同样的，包括绝缘FET和寄生二极管的再生电阻开关元件(第二开关元件)46。
[0037] 再生电阻开关元件的构成为，当46置于接通时，容许贮存于驱动电路34中的充电电流在电机14再生时向制动器电阻44通电；另一方面，当置于切断时，阻止所述通电。
[0038] 此外，具体而言，制动器电阻44和再生电阻开关元件46插设于连接电路50中，所述连接电路50用于将正侧电流通路30a的充电开关元件42a/放电开关元件42b的插设位置的下游部位与负侧电流通路30b连接起来，并且制动器电阻44在连接电路50中配置于电子电路基板22的外部，以降低通电发热的影响。
[0039] 蓄电池20具有微电脑20a，微电脑20a具有：检测蓄电池20温度的温度传感器(二次电池温度检测机构)20b；以及检测蓄电池20剩余容量(State of Charge)的电压/电流传感器(二次电池剩余容量检测机构)20c。微电脑20a具有CPU(微处理器)和存储器，CPU作为用于决定蓄电池20可否充电的蓄电池控制部20a1来发挥功能。
[0040] 蓄电池控制部20a1与电子电路基板22以高低二条CAN(Control Area Network)通信线路52来相互连接，将检测出的表示蓄电池20的温度、剩余容量和放电许可等的信号从蓄电池控制部20a发送至ECU36。此外，也能够由ECU36判断蓄电池20可否充电。
[0041] 正侧电流通路30a与负侧电流通路30b以第二连接电路54相互连接。在第二连接电路54中设置有平滑电容器54a，以吸收再生电流自交流电变换至直流电时产生的脉动，而使其平滑化。与平滑电容器54a并联设置的电阻54b使因电机14负荷变动造成的电压下降等变得稳定。
[0042] 进而，正侧电流通路30a在中途产生分支而形成有分支电路56，所述分支电路56可经端子32输入至电子电路基板22，其在充电开关元件42a/放电开关元件42b的配置位置下游与正侧电流通路30a相连接。
[0043] 在分支电路56中插设有串联连接的二极管56a与电阻56b，作为预充电电阻发挥功能，即，当放电开关元件42b置于接通时，可防止浪涌电流流入平滑电容器54a中。
[0044] 另外，在用于将正侧电流通路30a分压而作为工作电源供给至ECU36的分压电路中，设置有包括检测电阻的电压传感器(电路内部电压检测机构)60，并将检测出的驱动电路34电路内部电压输出至ECU36。
[0045] 图3是表示图1装置的动作流程图，由ECU36，具体而言由控制部36a施行。
[0046] 以下说明时，在步骤S10中检测了蓄电池20的状态。具体而言，由温度传感器20b和电压/电流传感器20c检测了蓄电池20的温度和剩余容量。
[0047] 接着，进入步骤S12，判断可否充电，即，判断由温度传感器20b检测出的蓄电池20温度是否为适当设定的预定温度以上，判断为检测出的蓄电池20温度为预定温度以上时，进入步骤S14，使充电开关元件42a置于接通，以容许充电电流从电机14向蓄电池20通电。
[0048] 其结果为，如上所述，电机14的交流电输出通过栅极元件34a～34f的寄生二极管整流，由此产生的再生电流作为再生电流经由电流通路30供给至蓄电池20，对蓄电池20进行充电。
[0049] 另一方面，在步骤S12中否定判断时、即，判断为蓄电池20的温度小于预定温度时(S12：否)，进入步骤S16，使充电开关元件42a置于切断，以阻止充电电流从电机14向蓄电池20的通电。其结果为，使所生成的再生电流(更准确说再生能源(电力))贮存于驱动电路34中。
[0050] 此外，在步骤S12中除了蓄电池20的温度以外，还基于由电压/电流传感器20c检测出的蓄电池20剩余容量来判断可否充电。即，在步骤S12中，基于检测出的剩余容量是否小于预定容量，来判断可否充电。
[0051] 在步骤S12中肯定判断时、即，判断为剩余容量小于预定容量时(S12：是)，进入步骤S14，使充电开关元件42a置于接通，以容许充电电流从电机14向蓄电池20通电。另一方面，在步骤S12中否定判断时、即，判断为蓄电池20的剩余容量为预定容量以上时(S12：否)，进入步骤S16，使充电开关元件42a置于切断，以阻止充电电流从电机14向蓄电池20通电。
[0052] 接着，进入步骤S18，从电压传感器60的输出中，检测驱动电路34内部电压，再进入步骤S20，判断由电压传感器60检测出的驱动电路34内部电压是否为适当设定的保护电压以上。
[0053] 在步骤S20中肯定判断时、即，判断为保护电压以上时(S20：是)，进入步骤S22，使再生电阻开关元件46置于接通，容许充电电流从电机14向制动器电阻44通电。在此，将“保护电压”设定为可防止驱动电路34电压变成保护电压以上的值。
[0054] 其结果为，如上所述，负侧电流通路30b与正侧电流通路30a相连接，使贮存于驱动电路34中的再生电流流入制动器电阻44中被加以消耗，由此能够抑制驱动电路34内部电压过度升高。
[0055] 另一方面，在步骤S20中否定判断时、即，判断为检测出的驱动电路34内部电压小于预定保护电压时(S20：否)，不会发生内部电压过度升高的异常现象，为此，进入步骤S24，使再生电阻开关元件46置于切断，以阻止充电电流从电机14向制动器电阻44通电。
[0056] 如上所述，在该实施方式中，所述手扶式电动割草机10的控制装置具有：由用户P从后方手推而能够沿着育草地G移动的机体12；安装于所述机体中的电机14；切割刀片16，配置于所述机体下表面上，并且与所述电动机14相连接，当由所述电机14驱动旋转时，能够收割所述草；二次电池(蓄电池)20，装载于所述机体12中，并且与所述电机14相连接，将贮存电力作为工作电源放电至所述电机14，在制动所述切割刀片16驱动旋转时，利用来自所述电机14的再生电流来充电；用于调节对所述电机14的工作电源供给的电机驱动电路34；以及用于控制所述电机驱动电路34动作的控制部36a；其构成为，所述控制装置还包括：第一(充电)开关元件42a，其配置于用于将所述二次电池20与电机14连接起来的电流通路30中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电机14向所述二次电池20通电，而其置于切断时，阻止所述通电；电阻器(制动器电阻)44，插设于所述电流通路30中；第二(再生电阻)开关元件46，其与所述电阻器44串联地插设于所述电流通路30中，当其置于接通时，容许充电电流从所述电机14向所述电阻器44通电，而当其置于切断时，阻止所述通电；二次电池温度检测机构(温度传感器)20b，用于检测所述二次电池20温度；以及电路内部电压检测机构(电压传感器)60，用于检测所述电机驱动电路34的内部电压；所述控制部，根据所述二次电池温度检测机构和电路内部电压检测机构的输出，以控制所述第一、第二开关元件42a、46置于接通/切断的动作(步骤S10至步骤S24)。因此，对第一开关元件42a置于接通/切断动作进行控制，例如检测出的二次电池(蓄电池)温度较低时，以阻止充电电流(再生电流)流入二次电池20，由此能够避免二次电池20的特性劣化，从而能够可靠地避免二次电池的充电出现障碍。
[0057] 另外，当所检测的驱动电路34内部电压超过保护电压时，控制第二开关元件46的接通/切断动作，以容许例如充电电流(再生电流)对电阻器(制动器电阻)44通电，通过对电阻器44通电，能够防止电机驱动电路34内部电压过度增大。
[0058] 还有，通过控制第一、第二开关元件42a、46的置于接通/切断动作，能够更容易地根据二次电池(蓄电池)20的状态来选择是否使由电机14产生的再生电流返回到二次电池20。另外，在不使再生电流返回到二次电池20的情况下，通过容许例如对电阻器44通电，也能够防止电机驱动电路34内部电压过度增大，因此，即使在未设有机械制动器的情况下，在不考虑二次电池20的状态下，也能够获得可靠的制动力。
[0059] 另外，所述控制部36a(ECU36)的构成为，在由所述二次电池温度检测机构(温度传感器)20b检测出的所述二次电池20温度为预定温度以上时，使所述第一开关元件42a置于接通，以容许充电电流从所述电动机14向所述二次电池20通电；另一方面，当所述二次电池20的温度小于所述预定温度时，使所述第一开关元件42a置于切断，以阻止充电电流从所述电动机14向所述二次电池20通电(步骤S10至步骤S16)，因此，除了所述效果以外，只要在可充电的情况下，便能够将电机14的再生电流可靠地供给至蓄电池20，以对蓄电池20进行充电。
[0060] 还有，所述控制部36a(ECU36)的构成为，当由所述电路内部电压检测机构(电压传感器)60检测出的所述驱动电路34内部电压为保护电压以上时，使所述第二开关元件46置于接通，以容许充电电流从所述电机14向所述电阻器(制动器电阻)44通电；另一方面，当所述检测出的所述电机驱动电路34内部电压小于所述保护电压时，使所述第二开关元件46置于切断，阻止充电电流从所述电机14向所述电阻器44通电(步骤S18至步骤S24)，因此，除了上述效果以外，在不使再生电流返回到二次电池20的情况下，也能够通过容许对电阻器44通电，确实地防止电机驱动电路34内部电压过度增大，因此，即使不具有机械制动器的情况下，在不考虑二次电池20的状态下，也能够获得可靠的制动力。
[0061] 另外，本发明具有用于检测所述二次电池20剩余容量的二次电池剩余容量检测机构(电压/电流传感器)20c，所述控制部(ECU36)的构成为，当由所述二次电池剩余容量检测机构检测出的所述二次电池20的剩余容量小于预定容量时，使所述第一开关元件42a置于接通，以容许充电电流从所述电动机14向所述二次电池20通电；另一方面，当所述二次电池20的剩余容量为所述预定容量以上时，使所述第一开关元件42a置于切断，以阻止充电电流从所述电机14向所述二次电池20通电(步骤S10至步骤S16)，因此，除了上述效果以外，只要是可充电的场合，能够将电机14的再生电流可靠地供给至蓄电池20，以对蓄电池20进行充电。
[0062] 进而，本发明的构成为，设有具有微处理器和存储器的电子控制单元(ECU)36，且所述微处理器作为所述控制部来发挥功能作用，因此，除了上述效果以外，能够使结构简易，并且能够提高控制部的功能。
[0063] 进一步，本发明的构成为，所述二次电池20由锂离子电池构成，因此，除了上述效果以外，与普通的铅电池相比，能够提升能源密度。
[0064] 此外，在上述说明中公开了一种手扶式电动割草机，但图示的结构只是示例，本发明并不局限于此，只要是电动割草机同样适用。
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