用于绿篱修剪机的传动系、绿篱修剪机及其控制方法

摘要

本发明提供了一种用于绿篱修剪机的传动系。该传动系设置为在使用时向绿篱修剪机的下游机构提供动力并且包括：电动机，其具有输出轴；小齿轮，其与输出轴连接；减速齿轮，其设置为被小齿轮驱动并且容纳在齿轮箱内；以及飞轮，其与输出轴连接或者能够与该输出轴连接，其中，该飞轮设置在该齿轮箱内。

说明书

技术领域

本发明涉及用于绿篱修剪机的传动系、绿篱修剪机以及控制绿篱修剪机的方法。

背景技术

绿篱修剪机是众所周知的用于切割绿篱以及更一般地切割植物中的植被的工具。通常，绿篱修剪机包括形成传动系的一部分的电动机，该电动机设置为驱动一个或多个适当地成形的刀片运动从而切割植被。通常设置有两个带齿的刀片并且它们被驱动而进行相对往复运动，以便夹在一个刀片上的一对齿之间的茎或叶随着该一对齿与另一个刀片上的一对齿进行剪切而得到切割。由于重要的是两个刀片相对于彼此的运动，所以在一些情况下，将一个沿轴向往复运动的刀片设置为与另一个静止的刀片相邻，该静止刀片的齿为该往复运动刀片的齿提供反作用力。在另一个实例中，使两个刀片都运动以便产生所需的相对运动。

用于驱动一个或多个刀片运动的电动机本身可以由任何适当的电源供电。在一个实例中，电动机设置为接收从设置在工具箱内的例如锂离子电池等电池供给的电力。在另一个实例中，给工具提供供给驱动电动机的电力的AC电源连接。在电池作为电源的情况下，考虑到电池电源在尺寸和重量方面受到的物理限制以及工具（包括电池）需要足够轻以便能够使用的事实，电动机能够获得的电力显然是相当有限的。

虽然大功率电动机是合乎需要的，但是电动机的功率越大，电动机的尺寸趋向于越大。相应地，由于上述电动机用于手提式工具，所以按照重量和能够操纵工具的简易性来衡量，显然需要使用尽可能小的电动机。

例如，在GB-A-1,406,244、GB-A-1,427,077、GB-A-848,325和GB-A-884,387中披露了用于给绿篱修剪机提供动力的已知系统。在GB-A-884,387中描述了在工具（其实例为绿篱修剪机）中设置有离合器。该离合器还用作具有储存动能的益处的飞轮。离合器亦即飞轮设置在工具箱内从而暴露在由该箱体限定的空腔内的空气中。因此，在使用时，该离合器（飞轮）产生或经历风阻。可以将风阻视为由于飞轮和空气之间的相对运动而由空气作用在飞轮上的力，或者反过来将风阻视为在飞轮旋转时由飞轮产生的风。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于绿篱修剪机的传动系，所述传动系设置为在使用时向所述绿篱修剪机的下游机构提供动力并且包括：电动机，其具有输出轴；小齿轮，其与所述输出轴连接；减速齿轮，其设置为被所述小齿轮驱动并且容纳在齿轮箱内；以及飞轮，其与所述输出轴连接或者能够与所述输出轴连接，其中，所述飞轮设置在所述齿轮箱内。

本发明提供用于绿篱修剪机的传动系，该传动系包括设置在齿轮箱内的飞轮。这样的结构具有减小风阻的效果，同时还具有增大飞轮的惯性的益处。因而，可以使用较小的电动机而不会牺牲惯性并且不会遇到风阻问题。此外，飞轮存在于齿轮箱内还意味着由齿轮和飞轮产生的风阻被最小化从而总体上不会对传动系有不利影响。

通常的理解是：飞轮的存在实现了对在需要时可传递到绿篱修剪机的刀片的能量的储存。飞轮的惯性通常与该飞轮的半径的平方（r²）成比例。由飞轮储存的能量通常与该飞轮的角速率的平方和惯性成比例。

在一个实施例中，所述飞轮能够选择性地与所述输出轴接合或分离以便选择性地改变由所述电动机提供的惯性。

在该实施例中，本发明提供一种用于绿篱修剪机的传动系，该传动系包括电动机，在该电动机的输出轴上设置有飞轮，该飞轮能够选择性地与该输出轴接合或分离以便选择性地改变由该电动机提供的惯性。换言之，在输出轴不与电动机分离以便该输出轴能够持续地从该电动机得到动力的情况下，飞轮可以接合或分离。这具有使驱动扭矩不与由电动机提供的惯性或动能耦合的作用。

驱动扭矩是对机构进行驱动以使该机构具有规定速度所需的持续扭矩。然而，惯性是为转化成刀片处的切割力而需要储存的能量。通过提供能够选择性地与电动机的输出轴接合或分离的飞轮，可以改变由传动系传递的动能。

因此，具备这样的能力：可以简单地选择电动机来驱动刀片以使该刀片具有“空载”速度，并且可以与此独立地选择进行切割所需的惯性量。飞轮越重或者越大，其惯性越大。此外，在一些实例中，使飞轮在使用过程中能够选择性地接合或分离以便可以从同一个装置获得切割的不同动力水平。

这使得能够使用较小的电动机，在使用电池供电的电动机的情况下特别有利。通过提供较小的电动机，降低了来自电池的电力的使用率。因此，延长了每两次充电之间的所需工作时间。

在一个实例中，飞轮设置在齿轮减速器的输入侧。换言之，输出齿轮和小齿轮构成齿轮减速器的一部分。由于飞轮位于齿轮减速器的输入侧，所以在储存能量方面具有相当明显的优点。例如，在不作任何限制的情况下，假定飞轮的重量为76g、直径为50mm并且通常的电动机转速为24,000rpm，则所储存的能量为约80J。与此对比，如果飞轮通常具有的齿轮减速输出速度为1500rpm，则所储存的能量为约0.3J。从而，通过将飞轮设置在齿轮减速器的输入侧，能够显著地提高能量储存量。应当了解的是：这里给出的实际值仅仅是示例性的，但是很好地证明了将飞轮设置在齿轮减速器的输入侧的优点。

在一个实施例中，在使用时，无论所述飞轮是否接合，所述下游机构都会被驱动。这种结构具有的优点是：电动机可以用于按照两种可选的动力水平对机构进行驱动。在一种情况下，飞轮是接合的，因此其惯性即所储存的能量比较高。这可以转化为从刀片传递出更多能量因而产生更大的切割力。

作为选择，机构可以在飞轮分离的情况下被驱动因而得到较低的动力。因此，可以相应地控制驱动电动机所需的电力，这意味着当只需要从电动机获得低的动力输出时不会浪费电池的电力。这与例如GB-A-884,387中所描述的装置明显不同，在GB-A-884,387中的离合器（即飞轮）分离的情况下，无法从电动机引出动力来驱动相关联的工具。

在一个实施例中，所述飞轮在所述飞轮的两侧沿着自身的旋转轴线受到轴向支撑。这种结构向使用中的飞轮提供附加支撑和稳定性。

在一个实施例中，所述小齿轮和所述飞轮一体化为一个单一部件。所设置的一体的飞轮/小齿轮部件能够实现制造工艺的简化。可以使用单个烧结部件，从而减少了部件数并且简化了制造。

根据本发明的第二方面，提供一种绿篱修剪机，所述绿篱修剪机包括根据本发明的第一方面所述的传动系。

从而，提供一种具有以上针对传动系所述的所有优点的绿篱修剪机。

在一个实施例中，所述绿篱修剪机还包括：两个刀片，其设置为进行相对的往复运动以便在所述刀片之间实现对植被的切割，其中，所述传动系设置为向所述刀片提供动力并且控制所述刀片相对于彼此的运动，所述传动系是根据本发明的第一方面所述的传动系。

从而，提供一种具有以上针对传动系所述的所有优点的绿篱修剪机。

在一个实施例中，所提供的绿篱修剪机包括根据本发明的第一方面所述的传动系，所述传动系包括能够选择性地接合或分离的飞轮。该工具还包括：外部工具箱，其包括一个或多个手柄，所述手柄供使用者抓握并起动该工具；以及飞轮致动器，其设置在所述外部工具箱上以使所述使用者能够选择性地将所述飞轮接合或分离。

从而，提供一种使用者可以用来手动控制绿篱修剪机的惯性的简单且易用的机构。上述致动器可以包括一个或多个开关或操纵杆。

在一个可选实施例中，代替设置手动致动器而设置自动地检测切割阻力的自动传感器，并且当检测到阻力水平的某个阈值时，自动地使飞轮接合。反之，当阻力下降至低于该阈值时，自动地使飞轮分离。可以设置适当的控制电路，这属于本领域的技术人员的知识范围。

因而，使用者能够使用绿篱修剪机，而不用担心可能遇到的切割困难。非常简单，如果传感器检测到的切割阻力表示需要更大的惯性，则飞轮自动地接合。反之，为了尽可能地限制动力消耗，如果阻力随后下降至低于阈值，则飞轮自动地分离。

根据本发明的第三方面，提供一种对绿篱修剪机实现控制的方法，所述方法包括：在所述绿篱修剪机中设置向所述绿篱修剪机的下游机构提供动力的传动系，所述传动系包括：电动机，其具有输出轴；小齿轮，其与所述输出轴连接；减速齿轮，其设置为被所述小齿轮驱动并且容纳在齿轮箱内；以及飞轮，其与所述输出轴连接或者能够与所述输出轴连接，其中，所述飞轮设置在所述齿轮箱内。

从而，提供一种具有以上针对传动系所述的所有优点的方法。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于绿篱修剪机的传动系，所述传动系设置为在使用时向所述绿篱修剪机的下游机构提供动力并且包括：电动机，其具有输出轴；以及飞轮，其与所述输出轴连接或者能够与所述输出轴连接，其中，所述飞轮设置在飞轮箱内，所述飞轮箱紧密地贴合所述飞轮的形状。优选的是：所述飞轮大致呈现具有相反的两个主表面的圆盘的形式，其中，在所述飞轮的所述两个主表面处所述飞轮和所述飞轮箱之间的空隙小于5mm。这种结构具有减小由飞轮产生或经历的风阻的优点。

附图说明

现在，参照附图详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示出用于绿篱修剪机的传动系中的电动机的实例；

图2示出设置有接合轮的图1所示的电动机；

图3A和3B是从相反两侧示出在图1所示的电动机上使用的飞轮的视图；

图4和图5分别示出飞轮接合或分离的电动机；

图6是示出绿篱修剪机的箱体和内部部件的示意图；

图7A是示出绿篱修剪机内的传动系的示意图；

图7B是示出通过绿篱修剪机的传动系的一部分的截面的简化示意图；以及

图8是示出绿篱修剪机内的传动系的示意图。

具体实施方式

在描述绿篱修剪机内在原位的传动系的结构之前，现在，首先参照图1描述通常在根据本发明的示例性实施例的传动系中所包括的部件。

图1示出了具有输出轴4的电动机2。在本实例中，电动机2是利用由锂离子电池或其他适当类型的电池产生的电力的电池供电电动机。输出轴4具有能够支撑下文中详细描述的小齿轮和飞轮的长度。所设置的轴肩6能够实现小齿轮和/或飞轮在输出轴4上的精确定位。鉴于对小齿轮和飞轮两者的支撑要求，输出轴4与在不包括飞轮的情况下的长度相比又稍微伸长一些。在使用时，电动机2设置在绿篱修剪机的箱体内。飞轮设置在用于装入小齿轮和输出齿轮的齿轮箱（未示出）内。通过将飞轮设置在该箱体内，减小了由该装置产生或经历的风阻。

图2示出了图1所示电动机2的端部，该端部设置有接合轮8的端部。该接合轮具有使其与将要描述的另一个适当地成形的部件锁定的形状和构造。在本实例中，接合轮8具有在直径方向上相反的凹进部10以及设置在凹进部10之间的延伸部12。凹进部10成形为能够接纳具有类似的凹进部和延伸部的部件并且能够与该部件沿旋转方向锁定。接合轮8沿旋转方向相对于输出轴4固定。换言之，接合轮8无法相对于输出轴4旋转。可以通过将接合轮和输出轴键连接或者通过其他任何适当的方法来实现这种结构。

图3A和3B是从相反两侧示出在图1和图2所示电动机上使用的飞轮的视图。飞轮14具有筒状的轴向孔16，轴向孔16设置为配合在电动机2的输出轴4中。所设置的两个延伸部18的形状与接合轮8的凹进部10的形状对应。从而，应当了解的是：飞轮14可以通过其沿着输出轴4的轴向移动来沿旋转方向锁定在接合轮8上。在接合位置，飞轮的延伸部18配合在接合轮8的凹进部10中，而接合轮8的延伸部12配合在飞轮的限定在延伸部18之间的凹进部中。通过控制接合轮8和飞轮14的轴向相对位置，可以决定飞轮14是否与输出轴4接合。

如图3A所示，连接件24设置为与飞轮14的背面接合。飞轮的背面22具有成形为接纳连接件24的扩大的中心轴向开口20。连接件24具有柱状的延伸伸出部26，伸出部26设置为紧密地配合在飞轮的背面22中的开口20内并且与该飞轮连接。连接件24和飞轮之间的连接必须是牢固的，以便能够通过控制连接件24来控制飞轮的运动。可以利用焊接、粘结、压配合中的一种或多种或者其他任何适当的连接方法来实现这种结构。实际上，在一个实例中，连接件和飞轮形成和/或设置为一体的部件。由于这种结构减少了部件数并且能够通过烧结或成型工艺方便地形成，所以这种结构是特别有利的。

可以看出，连接件24具有延伸的环形周缘28。图4是示出飞轮14与接合轮8接合的传动系的示意图。飞轮14和接合轮8各自的延伸部和凹进部彼此接合，从而飞轮14沿旋转方向固定在接合轮8上。相应地，由于接合轮沿旋转方向固定在电动机的输出轴上，所以飞轮还沿旋转方向固定在该输出轴上。小齿轮（未在图4和图5中示出，但是清楚地显示在图7A和图8中）通常设置在输出轴4上，以便与用于驱动例如绿篱修剪机的刀片等下游机构运动的齿轮啮合。本领域的技术人员可以理解，优选还将离合器设置在传动系中，例如能够将电动机的旋转运动传递到下游机构。

在本实例中，所设置的控制臂30的尺寸和结构使得该控制臂能够配合在连接件24的环形周缘28和飞轮14的背面22之间的间隙内。通过控制控制臂30的位置，可以使飞轮14沿着输出轴4沿轴向移动从而使飞轮14在图4所示的接合位置和图5所示的分离位置之间移动。这样，使用者能够选择性地控制飞轮与电动机2的输出轴4接合或者与输出轴4分离。应当了解的是：也可以使用其他形式的连接件，只要其能够实现控制臂30和飞轮之间的连接即可。

通过这样做，使用者能够控制装置的惯性，从而能够控制可以传递到例如绿篱修剪机的刀片等下游机构的能量。因此，在切割一种类型的材料时，电动机可以以小惯性运转，然后使飞轮接合以增大惯性，从而能够切割不同类型的难切割材料。可以始终使用同一个电动机，这意味着可以使用较小的电动机，该较小的电动机随后可以通过使飞轮与电动机的输出轴接合来选择性地增大电动机的惯性。

优选的是：在分离位置，飞轮能够相对于输出轴随意地旋转。

按照常规，如果需要使用大惯性切割装置，则需要使用具有相应尺寸的大型电动机。在使用本发明的系统的情况下，对于大多数切割作业可以使用小功率小惯性电动机，但是当切割难切割材料时，可以选择性地增大惯性。与电动机以大惯性运转时（即当如同在常规的绿篱修剪机中一样电动机较大时）相比，以小惯性运转时的电池电力的消耗较少。由于意味着可以使用较小的电动机，从而只需要相应地较小因而较轻的电池（然而该较小的电动机在需要时能够提供大惯性），所以在电池供电装置中这种结构是特别有利的。因此，该系统将会从伴随小型电动机大部分时间的低电力消耗中受益，而只需要在切割难切割材料时增大电力消耗。

控制臂30通常与工具的外部箱体上的控制装置（未示出）连接。这样，使用者可以容易且方便地切换至所需的惯性水平。此外，通过将飞轮设置在箱体内，减小了风阻从而提高了效率。

应当了解的是：在上述实例中，飞轮能够选择性地与电动机的输出轴接合或分离。然而，在一些实例中，飞轮与输出轴固定地接合。如上所述，仍然可以获得从较小电动机提供显著增大的惯性的优点，并且将飞轮设置在齿轮箱或自身的专用箱体内保证了风阻问题能够得到解决。

可以从本领域的技术人员所熟知的任何适当的材料中选择用于形成接合轮8和飞轮14的材料。在一个实例中，接合轮是形成在电动机2的输出轴4上的烧结部件。

现在，参照图6，图中示出了绿篱修剪机的内部部件。绿篱修剪机包括外部工具箱32，在外部工具箱32内设置有电动机34，电动机34具有设置有小齿轮36的输出轴。所设置的减速齿轮38设置为优选经由离合器机构（未示出）驱动刀片（也未示出）的相对运动。小齿轮36的长度使得该小齿轮与减速齿轮38重叠的区域足够大，以便在小齿轮36与减速齿轮38之间形成压配合。由于减速齿轮38的角速率较小，所以与直接与电动机的输出轴连接的驱动小齿轮的惯性相比，该减速齿轮的惯性较小。

如上所述，在使用例如锂离子电池供电电动机等无绳电动机的情况下，如果想要提供足够的惯性以便将能量传递到切割刀片而实现切割难切割植被，则需要使用大功率大型电动机（及适当的电池）。考虑到使用这样的电动机会对电池寿命和整个工具的重量产生的影响，这样做是不可取的。

图7A是示出与图6所示的结构相似的绿篱修剪机的内部部件的示意图。然而，在这种情况下，飞轮40设置为与电动机34的输出轴42连接。在图7A所示的实例中，飞轮固定地安装在输出轴上。然而，如以上参照图4和图5所述，在一个实例中，飞轮能够选择性地与输出轴接合或分离。在飞轮能够选择性地与输出轴接合或分离的情况下，优选的是：在外部工具箱上设置有致动器，该致动器使使用者能够手动控制该飞轮接合的位置和状态。如图4和图5所示，致动器可以是构造为对控制臂30的位置进行控制的开关或操纵杆。

在一个实施例中，所设置的传感器检测切割阻力，并且当检测到阻力水平的某个阈值时，飞轮自动地接合。反之，当阻力下降至低于该阈值时，飞轮自动地分离。可以设置适当的控制电路，这属于本领域的技术人员的知识范围。

所设置的箱体（未示出）用于装入各个齿轮或者至少装入飞轮40，以便使由于该飞轮的快速旋转而产生的风阻最小化。应当了解的是：由于飞轮在接合时以与电动机的输出轴的转速相同的转速旋转，所以仍然可能产生或经历相当大的风阻。可以通过将飞轮设置在齿轮箱或自身的专用箱体内来避免此问题。输出轴42的端部45优选被支撑在设置于工具箱的内表面上的凸台（未示出）或其他一些此类配合件内。这种结构向使用中的输出轴和飞轮提供附加的稳定性。

图7B示意性示出了通过图7A所示传动系的一部分的纵向截面。电动机34具有设置有飞轮40的输出轴42。箱体43设置为包围飞轮40、小齿轮36和减速齿轮38从而减小由这些部件产生的风阻。在一个实例中，可以设置用于包围飞轮的专用箱体。该箱体形成为紧密地贴合飞轮的尺寸（在如上所述能够分离的情况下有两个位置），而同时保证足够的空隙以防对飞轮的运动的阻碍或者排除与飞轮碰撞的危险。

参照图8，可以看到绿篱修剪机的刀片44。变速器46设置在齿轮48和小齿轮50之间。箱体52设置为围绕飞轮以便将产生或经历的风阻减至最小或完全消除。如上所述，箱体紧密地贴合飞轮的尺寸。通常，飞轮可以大致呈现具有相反的两个主表面的圆盘的形式，其中，该飞轮的每个主表面和箱体之间的空隙小于5mm。优选的是：该空隙介于1mm和5mm之间。这也使得能够提供较小的飞轮箱。

因此，可以提供一种用于绿篱修剪机的传动系，在该传动系中，输出齿轮或减速齿轮38和小齿轮以及飞轮设置在齿轮箱内，该飞轮与电动机的输出轴连接或者能够与该输出轴连接。飞轮可以设置在与齿轮箱相同的箱体或单独的专用飞轮箱内。在这两种情况下，都可以减小风阻，从而在提供飞轮的上述益处的同时提高装置的效率。由于可以使用较小的电动机来供电而不会牺牲整个装置的动力，所以在电池供电电动机中这种结构是特别有利的。

已经具体地参考给出的实例对本发明的实施例进行了说明。然而，应当了解的是：在由所附的权利要求限定的本发明的范围内，可以对所描述的各个实例做出各种修改和变型。