[发明专利]带有能量控制系统的无绳式电动园圃除草机

说明书

本发明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，本发明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。

本发明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。在本发明中，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。

本发明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。