修剪設備的製作方法

2023-10-09 16:20:29

專利名稱：修剪設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及修剪設備。具體地講，本發明涉及用於植物修剪機尤
其是樹籬修剪機或修剪器(trimmer)的控制系統。
背景技術：
樹籬修剪機包括兩個彼此相對地往復運動的細長形刀片。要麼一 個刀片固定並促使另一個往復運動，或者促使兩個刀片以相等且相反 的方式往復運動。刀片藉助於凸輪元件而驅動，該凸輪元件由電動機 或小型發動機的輸出軸來驅動。在JP2005269972中描述了一種這樣的 修剪機，其中的樹籬修剪機還包括容許用戶反轉其中 一個刀片運動方 向的開關。
使用中，當該樹籬修剪機碰到其大小或密度超過刀片性能的椏枝 或枝條，或者是碰到導致可移動刀片失速的金屬線時，樹籬修剪機經 常遭受修剪刀片梗阻的問題。操作者通常除去刀片的動力用以除去可 移動刀片在枝條上的壓力，隨後嘗試通過拉動枝條而將其除去。由於 用戶將其手指靠近刀片放置，這會引起相當大的安全隱患。類似的問
題也在其它的修剪工具中存在。
在我們於2007年3月14日提交的早先申請EP07104129.7中，我 們描述了一種修剪設備如樹籬修剪機或修剪器，其具有至少一個可在 最大行程的兩個預定點之間移動的被驅動的刀片，該設備還包括原動 機(prime mover)，適當地說是電動機，其適於促使所述至少一個可移 動刀片在最大行進的所述點之間移動。該修剪設備的特徵在於，其還 設有控制裝置，適當地說是採用控制電路的形式，該控制裝置響應由 其檢測到的事件(event)，而促使該至少一個可移動刀片在最大行程點 的居間點處產生移動方向的變化。適當地i兌，該方向的變化是通過改變電動才幾轉動的方向而完成的。

發明內容
在一個實施例中，事件為修剪載荷的增加。適當地講，該控制電
路包括電流檢測電路，使得當電動機帶來(drawnby motor)的電流超出 預定程度時，該控制電路反轉電動機的轉動方向。備選地，該控制電 路包括速度感測器，其適於檢測被驅動的刀片速度何時低於預定水 平。
在備選實施例中，該事件為被驅動的刀片的動力的移除。適當地 講，該控制電路適於促使電動機依序地在當第一次對其施加電力時沿 第一方向轉動，而當隨後對其施加電力時則沿第二方向轉動。
在另外的實施例中，該控制電路適於在預定的期間內以相反方向 運行電動機，因而該電路隨後導致電動機以正常方向運行。適當地講， 該預定的期間少於l秒，更適當地講少於半秒，甚至更適當地講是從 200ms至400ms。
然而，已認識到的是，當發生失速或梗阻情形時高能量的沖擊會 出現在工具的運動部件上。例如，機構的突然阻擋向驅動機構如小齒 輪、驅動齒輪或嵌齒輪上的齒、或向電動機軸傳送大的作用力。這可 導致部件的斷裂。本發明設法解決該難題。
因此，通過假定當至少一個可移動刀片的運動方向響應控制裝置 檢測到的事件而變化或各自變化時，該控制裝置對該至少一個可移動 刀片在預定的期間內另外施加降低的運行速度，從而在廣義上本發明 發展了我們在早先申請中所描述的發明。如果梗阻情形繼續保持時， 降低該至少一個可移動刀片的速度具有降低設備機械部件上衝擊作 用力的效果。
也就是說，本發明提供了一種修剪設備，其具有可在最大行程的 兩個預定點之間移動的至少一個被驅動的刀片。該設備還包括原動機，其適於使得所述至少一個可移動刀片在最大行程的所述點之間移
動；其特徵在於，該修剪設備進一步設有控制裝置，該控制裝置響應 由其檢測到的事件而使得該至少 一 個可移動刀片在最大行程點的居 間點處改變移動方向，且其進一步的特徵在於，當該至少一個可移動 刀片的運動方向響應由控制裝置檢測到的事件而變化或各自變化時， 該控制裝置對該至少一個可移動刀片在預定的期間內施加降低的運 行速度。
優選地，該原動才幾為電動才幾。更優選i也，該方向變化通過電動枳j 轉動方向的變化而改變。
優選地，刀片速度在預定的期間內降低至正常運行速度的30%至 90 %;更優選地在40 %至80 %之間，最優選地為50 %至75 % 。
優選地，該預定的期間自50毫秒至1000毫秒，更優選為從100 毫秒至500毫秒。
優選地，該控制裝置包括控制電路。
在一個實施例中，該事件為修剪載荷的增加。適當地講，該控制 電路包括電流檢測電路，使得當電動機帶來的電流超出預定程度時， 該控制電路反轉電動機的轉動方向。備選地，該控制電路包括速度感 測器，其適於檢測被驅動的刀片速度何時低於預定水平。
在備選實施例中，該事件為被驅動的刀片上的動力的移除。適當 地講，該控制電路適於促使電動機依序地在當第一次對其施加電力時 沿第 一方向轉動，而當隨後對其施加電力時則沿第二方向轉動。
在一個實施例中，該控制電路適於在預定的期間內以相反方向運 行電動機，因此該電路隨後導致電動機以正常方向運行。適當地講， 該預定的期間少於l秒，更適當地講少於半秒，甚至更適當地講是從 200ms至400ms。
即使當該至少一個可移動刀片的運動方向反轉時，或許也不能清 除刀片的梗阻原因。優選地，控制裝置將持續的梗阻視作另外的事件 並再次改變該至少一個可移動刀片的運動方向。優選地，該控制裝置
適於限制在完全除去電動機動力之前所準許的方向變化的次數。這可 通過包括定時電路的控制電路來實現，以限制在規定期間內方向變化
的次數，例如在高達5秒上下的期間內反轉10次至20次。備選地， 該控制電路監控刀片的速度並且當速度未達到規定水平時除去動力， 該規定水平通常指在一般為10至20的規定反轉次數內的正常運行速 度。當達到該限制時，該控制裝置完全地停止來自原動機的輸出功率， 除非該設備由用戶通過鬆開和再次對正常運行的開關施加作用力而 手動地重新啟動為止。
優選地，該修剪工具為可攜式工具。更優選地，該修剪工具為植 物修剪機，最優選為樹籬修剪機或樹籬修剪器。
優選地，該修剪工具包括由可再充電的蓄電池或電池供以動力的 電動機。更優選地，該蓄電池為鋰離子蓄電池。


現在將利用僅參考附圖的示例更為詳細地描述本發明的上述及 其它方面，在附圖中
圖1是現有技術中典型的樹籬修剪機的透視圖2是示意性地示出了根據我們早先申請的修剪設備中刀片速度 和衝擊能量的曲線圖3是示意性地示出了根據本發明的修剪設備的實施例中刀片速 度和衝擊能量的曲線圖。
具體實施例方式
根據本發明， 一種典型的修剪設備採用電動樹籬修剪機10的形 式，其具有下刀片ll和上刀片12，這些刀片藉助於安放在殼體單元
13中的電動機被促使相對於殼體及因而還相對於彼此以相等且相反 的方式同時地往復運動。殼體單元13包括兩個手柄14, 15，各自與 開關布置16， 17相關聯。該開關構造提供了安全措施，其要求操作
者的左右手處於適當位置並啟動它們各自的開關，以便向電動機供 電。因此，除非雙手已離開刀片，否則不能使刀片進入正在運行的構 造中。
電動機依照要求起到以常規方式經由適當的傳動機構(gearing)來 往復運動可移動刀片11， 12的作用。
根據本發明，與往復運動的刀片11的正常修剪方向相比，有可 能以相反方向對其驅動。應理解的是，在往復運動動作的語境中，用 語"相反"是指相對意義上的而非絕對意義上的。使用中，當樹籬修剪 機碰到其直徑或密度超過刀片性能的枝條或椏枝時，經常會遭受阻 塞。以兩種方法中的一種，這種阻塞或梗阻通過根據本發明的樹籬修 剪機便可克服。
在一種布置中，當往復運動的刀片自動地重新開始其常M^方向之 前，無需操作者鬆開開關，而促使該刀片在足以取出阻塞椏枝的短暫 期間內反轉方向。
在優選布置中，促使往復運動的刀片反轉其方向並將該反轉方向 保持到直至檢測到諸如進一步阻塞情形為止，因而該方向相對於初始 方向被再次反轉並且是如此地自動進行，而無需操作者鬆開開關。通 過該布置， 一旦碰到阻塞或失速情形，便促使刀片前後擺動，因而自 兩側修剪枝條，並完成不可能以別的方式的通過樹籬修剪機的修剪。 因此，本發明不但解決了因阻塞而引起刀片失速的難題，而且擴展了 修剪工具的修剪性能。
如在我們的早先申請中所述的那樣，當設備具有帶有電樞的交流 (AC)電動機和帶有零換向器/電刷位移的電刷時，通過利用雙極切換 繼電器或利用4-雙向晶閘管電橋(4-triac bridge)經由電樞反轉電流方 向而實現了反向轉動。利用進一步的電子控制電路，可改變繼電器的 切換狀態，而對於本領域技術人員而言，該電路的精確構造顯然是顯 而易見的。
就除了電切換之外還有換向器/電刷位移的交流電動機而言，電刷
適當地利用機電式交換布置而機械地移動，從而重複用於交替運行方 向的換向器/電刷位移。
在直流電動機驅動的植物修剪機中，適當地結合了零電刷位移。 通過能以固態開關或電子機械開關來完成的電動機極性的反轉，從而 實現了電動機的反轉動作並因而產生了刀片12的往復運動。
在優選實施例中，植物修剪機是由蓄電池驅動，更優選地是利用 鋰離子蓄電池組。使用鋰離子蓄電池的器件通常包括低電壓保護電路
(under-voltage protection circuit)。這可適於包4舌用於本發明反向驅動才喿 作的控制電路，例如，電動機方向的改變可利用MOSFET電橋而容易 地實現。如果採用無刷式直流電動機，則可有利地對換向電子設備編 程來反轉電動機方向。
刀片的反轉事件有利地是通過檢測到修剪載荷的增加或高位值 的修剪載荷而觸發。在優選實施例中，控制電路包括用於該目的的電 流檢測電路，其適於當由電動機帶來的電流超出預定程度時啟動電動 機反轉。通常，這將是失速時的值，然而可使用小於失速的值以便不 允許電動機達到失速狀態。因此，由於不允許供給全失速電流，故而 延長了蓄電池電荷，作為除了正常保護之外的進一步保護，從而防止 了過載電流的濫用。
備選地，在對電動機施加電力後的各個場合均可觸發刀片的反 轉。當電動機在失速狀況下重新帶電時，往復運動的刀片因而反轉以 消除失速。
植物修剪機可包括傳動機構，其適於容許與前向方向相比以較低 的傳動比反轉。這起到幫助刀片解除梗阻的作用，且尤其適於在其中 刀片運動的反轉僅是暫時性的實施例。
就像將要變得明顯的那樣，我們已論述了對於樹籬修剪機及其它 植物修剪設備中刀片阻塞的同一技術難題的兩個解決方案。在一種布 置中，當檢測到阻塞或失速情形時，被驅動的修剪機刀片自動地進入 反轉，以釋放造成失速的植物。在第二種布置中，承認的是，用戶將
通常認識到阻塞或失速情形，並將本能地鬆開兩個開關或其中的某個 從而切斷電動機的動力。這樣便將修剪機保留在阻塞構造中。因此， 當對電動機重新供以動力時，則刀片自動地進入相反方向。
圖2示出了曲線圖，其利用細線示意性地表示了在根據我們早先 申請的樹籬修剪機中，電動機在相對於從啟動(點A)至失速狀態B, C 和D時的轉速。就像將看到的那樣，從啟動開始，轉速逐漸地增加到 工作速度co。在期間B之後，刀片碰到導致其失速的枝條，且電動機 的速度瞬間降低至零。在短暫的停頓t之後，控制裝置使得電動機重 新帶電並以相反方向轉動，從而將轉速從零增加到工作速度-co。在進 一步的期間之後，碰到了進一步的失速狀態C，供向電動機的動力被 除去然後將其反轉，故而在D處出現進一步的失速狀態。該曲線圖還 藉助於細線，指出了設備可動機械部件如諸如刀片的往復運動部件或 諸如電動機轉子和傳動機構的轉動部件中各部件上的衝擊能量水平， 該衝擊能量水平由各部件在失速或梗阻狀態時運動的突然停滯所引 起。如同可看到的那樣，在每一個失速狀態B, C和D時，沖擊能量 基本恆定，從而導致機械部件上的顯著應力並具有設備出現故障的風 險。
圖3示出了根據本發明的有關修剪設備的相同要素。如圖所示， 從點A的靜態開始，通過控制電路將電動機的轉速提高到正常工作速 度co大約一半的初始水平，並保持該水平持續從啟動(點A)開始的預 定的期間p。此後，該轉速提高到全工作速度(0。通常，刀片速度的 控制是通過控制電動機的供電電壓來實現的。備選地，可採用直接的 電子調速，尤其是通過具有速度控制電子電路的電子整流電動機。
由於設備以全速度運行，故其在B處遭遇失速狀態且衝擊應力將 處於此前的同一水平上。在電動機以相反方向重新帶電且其轉速再次 控制在大約co/2的初始水平並再次持續期間p之前，在與之前相同的 短暫期間t內除去電動機的動力。如果失速狀態仍然適用，則在該低 速時的衝擊能量便會大大降低，如粗線所示。
延遲時間P這樣地選擇，以致在緊隨失速狀態的反轉之後，刀片 將在減速水平時至少達到其最大行程點。因此，如果梗阻情形在刀片 之間保持不變，則可移動刀片將遭遇速度的下降。適當地，期間p在
持續期內高達1秒，優選是在100ms至500ms之間，設備用戶通常不 會注意到該期間。
衝擊能量與轉速的平方成比例，從而轉速的減半折合為沖擊能量 恰好下降至圖2所示的25%。然而，這還意味著刀片速度相對小的降 低可具有相對大的應力下降。因此，刀片速度的降低優選在10%至 70 %的範圍內(折合為正常速度的30 %至90 %),更優選在20 %至60 %的範圍內。當在保持足夠動力和降低應力之間提供良好的平衡時， 尤其優選的是速度降低25 %至50 % 。
如果在預定延遲時間p內沒有其它的梗阻情形，則控制裝置增加 電動機的動力回到正常的全工作速度co。如果碰到進一步的梗阻情形 (如圖所示)時，則電動機再次反轉。
權利要求
1.一種修剪設備(10)，包括可在最大行程的兩個預定點之間移動的至少一個刀片(11，12)，所述設備(10)還包括適於以正常的運行速度在最大行程的所述點之間驅動所述至少一個可移動刀片(11，12)的原動機；其特徵在於，所述修剪設備(10)還包括控制裝置，所述控制裝置響應由其檢測到的事件來促使所述至少一個可移動刀片(11，12)在最大行程的所述點的居間點處產生運動方向的變化；並且，所述控制裝置適於依據所述至少一個可移動刀片的運動方向響應由所述控制裝置檢測到的事件的所述變化或每一變化而對所述至少一個可移動刀片在預定的期間p內施加降低的運行速度。
2. 根據權利要求1所述的修剪設備，其特徵在於，所述期間p 為50至1000毫秒，優選為100至500毫秒。
3. 根據權利要求1或2所述的修剪設備，其特徵在於，所述控 制裝置在所述預定的期間p內將所述至少一個刀片的速度降^f氐至所述 正常運行速度的30 %至90 %;優選為40 %至80 %;更優選為50 %至 75 % 。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的修剪設備(IO),其特徵在 於，所述原動才幾為電動^^。
5. 根據權利要求4所述的修剪設備(10),其特徵在於，所述方向 的變化是通過改變電動機的轉動方向來實現的。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的修剪設備(IO),其特徵在 於，所述控制裝置包括控制電路。
7. 根據權利要求6所述的修剪設備(IO),其特徵在於，所述事件 為修剪載荷的增加。
8. 根據權利要求7所述的修剪設備(10),其特徵在於，所述控制 電路包括電流檢測電路，使得當所述電動機帶來的電流超出預定程度 時，所述控制電路反轉所述電動機的轉動方向。
9. 根據權利要求7所述的修剪設備(10),其特徵在於，所述控制 測器。
10. 根據權利要求6所述的修剪設備(IO)，其特徵在於，所述事 件為對被驅動的刀片的動力的移除。
11. 根據權利要求IO所述的修剪設備(IO),其特徵在於，所述控 制電路適於促使所述電動機依序地在第 一次對所述電動才幾施加電力 時沿第一方向轉動，而在隨後對所述電動機施加電力時沿第二方向轉 動。
12. 根據任一項前述權利要求所述的修剪設備(IO)，其特徵在於， 所述修剪設備(10)採用植物修剪機的形式，優選為樹籬修剪機或樹籬 修剪器。
全文摘要
本發明涉及修剪設備，更具體地，涉及用於修剪機如植物修剪機尤其是樹籬修剪機或修剪器(10)的控制系統。使用中，當修剪刀片碰到其大小或密度超過刀片性能的椏枝或枝條時，樹籬修剪機(10)經常遭受修剪刀片梗阻的問題。我們描述了具有多個修剪刀片(11，12)的植物修剪設備(10)，該刀片(11，12)中的至少一個可通過電動機驅動。至少一個被驅動的刀片(11，12)可在最大行程的兩個預定點之間移動。該設備(10)包括控制裝置，該控制裝置響應由其檢測到的事件來促使該至少一個可移動刀片在該最大行程點的居間點處產生運動方向的變化。
文檔編號A01G3/053GK101371641SQ20081021364
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月20日 優先權日2007年8月22日
發明者B·厄尼克斯, C·萊瓦伊 申請人:羅伯特.博世有限公司