带有能量控制系统的无绳式电动园圃除草机技术方案

一种具有能量控制系统的无绳式电动除草机，该系统可以在较宽范围的操作条件下调节电动机转速，从而将切割刀片的转速限制在最大转速之下并且仍然能够产生良好的切割效果。因此，本发明专利技术的控制系统在载荷过高时，通过逐步降低切割刀片转速而限制了由电动机引入的最大电流值。该技术显著地提高了除草机的工作效率，并因此大大延长了除草机依靠单一充电量所完成的实际工作时间。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
带有能量控制系统的无绳式电动园圃除草机本专利技术涉及电动园圃除草机，特别涉及一种无绳式除草机，该除草机带有用于增加除草机效率的电子操作控制系统。除其它因素以外，由于考虑到城市空气污染，因而电动除草机赢得了用户的欢迎。但是，由于有绳式电动除草机不方便及操作的限制，因而电池操作或无绳式电动除草机更受欢迎。然而，无绳式电动除草机主要缺点在于除草机依靠单一电池充电量所工作的时间。很明显，最理想的是电动除草机依靠单电池充电量就能具有完成割除一般尺寸草坪的能力。从这一实际出发，除草机通常需要大约一小时的工作时间。可惜常与所要求的除草机运转性能相矛盾的是，大多数无绳式除草机实际运转时间大约只在半个小时左右，而该时间常常不足以完成所希望的任务。虽然无疑使用较大尺寸的电池会解决这一问题，但是与其相联系的费用和重量会阻碍大电池在非工业除草机上的使用。因此，能够使用的电池尺寸及重量便受到了限制。目前的无绳式电动除草机通常使用大约20安培时这一额定容量的24伏酸性铅蓄电池。但是，其中并非所有的能量都可以加以利用，例如，酸性铅蓄电池对于任何估计的载荷来说，只能发挥80‰的效率。因此，对于一个24伏额定容量为20安培时的酸性铅蓄电池，电池所发出的实际最大能量被限制在大约17安培左右。此外，当电池发出的电流值增加时，电池的效率甚至会降至50‰或更少。因此，这一现象会在正常条件下大大影响除草机的总体实际运转时间。所以，为充分提高无绳式电动除草机的工作时间，对于给定的电池实际能量，必须考虑除草机的总体效率，除切割刀片的效率外，不仅要包括电动-->机的效率，而且还应包括电池的效率。通常用于提高除草机效率的惯用技术只着手于电动机，例如，使用价格昂贵的轴承将摩擦损失降至最小。但是，通过这些方法所获得的效果不但会受到限制，而且还会因此产生相应的费用问题。通常忽视努力提高除草机总体效率会对刀片的速度产生影响。特别是，大多数旋转式电动式园圃除草机，无论是气动式还是电动式，其切割刀片的转速通常在3800-4000转/分之间。这一速度能对包括植物护根和装袋的操作提供非常良好的切割效果。但是，在刀片以3800转/分的无载荷转速下转动时，该刀片速度对除草机的总体效率是一个极大的影响因素。其原因在于除草机所消耗的所有功率是根据刀片转速的立方而变化。因此，即使切割刀片在这些速度下能产生良好的效果，然而所消耗的能量也是非常高的。另一方面，刀片在3000转/分的转速下仍能实现良好的切割效果。此外，在这一切割刀片转速下，操作除草机所需要的能量会大大降低。例如，在无载荷条件下，需要大约543瓦特来驱动切割刀片以3800转/分的速度转动，但切割刀片以3000转/分转动时，仅需218瓦特的动力。因此，通过控制电动机转速来限制切割刀片的转速能明显提高总体效率。因此，本方面的主要目的在于提供一种用于无绳式电动除草机的电子控制电路，用以控制电动机发出的电能从而将切割刀片的转速调整在最大工作转速之下，即2800-3200转/分。永磁直流电动机的速度调整可通过调节施加到电动机上、响应不同系统反馈变量的电压来完成。特别是，最佳控制电路能够检测控制电池电压，电池电流及金属氧化物半导体场效应功率晶体管电压，并从中导出保持理想的电动机转速所需的电动机电压。因此，无需单独的电动机速度转换装置，就可以以低成本实现闭合电路速度调节。此外，本专利技术的控制器也可提供独特的电流限制功能以进一步提高系统的总体操作效率。特别是在重载荷条件下，电池发出电流的显著上升会导致电池效率大大下降。因此，众所周知当电流超过预定标准时，应具备能中断-->电动机电能的电流限制器。但是，这一方法的缺点在于除草机的工作也同时被完全阻止，这对于操纵者来说是不方便和麻烦的，因而未受到使用者的欢迎。本专利技术的控制器通过以不同方式响应重载荷的发生而克服了这一缺点。在本专利技术中，并不是简单中断电动机的电能，而是通过逐步降低电动机的转速来限制电动机所引出的最大电流。如果除草机在遇到非常强的载荷时，电动机的转速被允许降至与保持在预定极限之下的电动机电流相一致的范围，而不是允许其升高至一较高值。直至电动机恢复正常转速之前，电动机这一速度的降低能够很容易地被操作者觉察，并以此作为直觉信号以降低电动机的转速或暂时中断电动机的工作。但是，如果强载荷条件持续存在且电动机转速降至预定水平之下时，控制器将会完全中断电动机电能。另外，如果在预定时间段内仍存在强载荷情况，电动机电能也会被中断。本专利技术的其它目的和优点将通过以下结合附图对最佳实施例的详细描述中明显看到。图1为本专利技术所指明的普通型无绳式电动园圃除草机的立体投影图；图2为本专利技术的电动机控制电路的方框图；图3为本专利技术的电动机控制电路的电路图；图4-8为图3所示的微控制器内软件程序的流程图；图9为本专利技术的电动机切割刀片的速度与普通调整过的除草机切割刀片的速度比较图；和图10为在不同负荷条件下，本专利技术的除草机所消耗的能量与传统的除草机所消耗的能量的比较图。附图1所示为本专利技术的安装有能量控制系统的无绳式电动园圃除草机。图1中所示的无绳式除草机10包括在盖板14下方装有电池的除草机舱板12，该电池作为电动机的能源，用于旋转驱动位于除草机舱板12之下的、环绕垂直设置-->的轴的切割刀片。所割下的杂草碎片可被排入安装在除草机舱板12后部的接受仓15内。可动安装在除草机舱板12上的手柄16上设置有ON/OFF开关装置18以控制通过导线17从电池发出的施加到电动机上的电能。ON/OFF开关18包括操作杆19，它应具有两个比较明显的运动从而可在ON与OFF的两个位置之间操作开关。这种开关已在转让给本申请的受让人的美国专利NO.4,044,532中公开。此外，操作杆19通常位于OFF的位置以便在操作者释放手柄时，驱动电动机自行停止运转。本除草机最好还包括一电动机械保险装置，如转让给本申请的受让人的美国专利NO.5,085,043中所描述的那样。该保险装置包括图1所示的、处于设置或工作位置的电键20。当如图所示设置电键元件20时，盖板14内的保险开关被启动，从而启动电源回路以便通过手柄开关18控制电动机的激励。图2所示为本专利技术电动机控制电路框图。该控制电路包括微控制器52，由于按脉冲宽度的频宽比调整过的控制信号能够输送给依次控制电子开关电路56的驱动电路54，所以该控制器可通过控制按脉冲宽度调制过的控制信号的频宽比来按程序控制电动机的转速。和电流传感器58一起，电子开关电路56应与并联在电池上的电动机串联。电子开关电路56控制施加在电动机上的电量。微控制器52可接收由反馈换能电路60发出的、包括电池电压，FET电压及电池电流的不同反馈信号，并从这些信号中导出用于供给驱动电路54需要的控制信号的频宽比以驱动电动机转动，从而使切割刀片保持在3000转/分的理想速度上。图3所示为本专利技术电动机控制电路50的最佳实施例电路图。就本领域有经验的技术人员所了解，也可以使用能完成本控制功能的其它形式的电动机控制回路。例如传统的比例积分(PI〕或比例积分转化(PID〕控制器，该控制器可利用诸如转速表传感器这样的速度转换器直接检测出电动机的转速或根据电动机的反电动势间接检测出电动机的转速。也可以选用模拟控制器。-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无绳式、以电池为动力的电动植物除草机的能量控制系统，其除草机，有由电动机驱动的切割刀具，该系统包括具有：　ａ．控制器，用于控制上述电动机引出的电池电流并用于对上述电动机产生驱动信号，在所述植物除草机因处于过载荷情况而导致所述电动机引出的电池电流超过临界值时，所述控制装置便会对驱动信号进行调整，从而降低所述电动机的转速直至过载荷情况消除，以防止上述电动机在过载荷条件下引起过大的电流；和　ｂ．响应上述驱动信号的开关电路，用于将电力从上述电池施加给上述电动机信号。

【技术特征摘要】
US 1995-7-26 0015351.一种用于无绳式、以电池为动力的电动植物除草机的能量控制系统，其除草机，有由电动机驱动的切割刀具，该系统包括具有：a.控制器，用于控制上述电动机引出的电池电流并用于对上述电动机产生驱动信号，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：CM戴克，HT杜，RT沃尔特，DS施特朗，CW吉福，CS布卢尼，
申请(专利权)人：布莱克德克尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]