專利名稱：用于具有小型電動機的手工工作機器的發(fā)動機起動裝置和安裝有這種發(fā)動機起動裝置的 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝有緊湊且高輸出電池的可驅(qū)動極小型電動機的電池組，而極小型 電動機用于起動安裝在各種手工工作機器諸如便攜式灌木叢修剪機、鏈鋸、割草機、 背負式灌木叢修剪機、動力驅(qū)動的噴灑器、發(fā)動機驅(qū)動的送風機、除塵器、以及樹 籬修整機等上的小型發(fā)動機，還涉及由這種電池組驅(qū)動的發(fā)動機起動裝置，以及還 涉及裝有這種發(fā)動機起動裝置的手工工作機器。
背景技術：
手工工作機器諸如灌木叢修剪機和鏈鋸等的應用日益增加，其上安裝的用于小 型空氣冷卻汽油發(fā)動機的大多數(shù)發(fā)動機起動裝置包括反沖式驅(qū)動段；通過某種離 合裝置諸如離心式離合器連接于發(fā)動機曲軸的從動段；以及布置在驅(qū)動段和從動段 之間的緩沖/動力儲存段，該緩沖/動力儲存段用于緩沖驅(qū)動段的驅(qū)動力并有盤繞彈 簧之類的東西用于把動力彈性地儲存在從動段和其自身之間。這種反沖式驅(qū)動段 有其上巻繞有反沖繩索的反沖巻盤；以及布置在反沖巻盤和外殼之間的反沖盤繞 彈簧，該彈簧以其內(nèi)端和外端分別固定于反沖巻盤和外殼。通過用手向外拉反沖繩 索，反沖巻盤向一個方向轉(zhuǎn)動，與此同時，反沖盤繞彈簧被巻緊，從而儲存了彈力 能量。隨后通過把手放開反沖繩索，儲存在反沖盤繞彈簧內(nèi)的動力被釋放，并且反 沖繩索被自動地回繞到反沖巻盤上。
但是，每當起動發(fā)動機時，就需要向外拉上述反沖式驅(qū)動段的反沖繩索。 一般 地說，必須一下子很快地把繩索拉出得足夠長。年老體弱的人或工作在狹小空間里 的人不大可能只把繩索向外拉一次就起動發(fā)動機。鑒于這樣的缺點，迄今已經(jīng)提出 了許多便于通過拉動繩索進行發(fā)動機起動操作的方法。其中某些是實用的。但是， 向外拉反沖繩索的不方便問題仍然存在。另一方面，近來，小型電動機和電池有顯 著的發(fā)展，它們極其緊湊并有大的容量。
為了避免上述反沖式起動裝置的的操作不便，除上述近來發(fā)展情況之外，還有 一種電的發(fā)動機起動裝置，其能夠通過操作簡單的開關容易而可靠地起動發(fā)動機， 并且這種型式的發(fā)動機起動裝置的進一步發(fā)展是有需求的。這種用于小型發(fā)動機的
電的起動裝置是多年前由日本實用新型公開公報No.63-U0672 (專利文件1)提出 的。最近，例如日本專利公開公報No.2002-285940 (專利文件2)中也揭示了一種 電的發(fā)動機起動裝置。
日本實用新型公開公報No.63-110672中的起動裝置包括由電池供電驅(qū)動的 直流電動機；可由固定于電動機輸出軸的蝸桿驅(qū)動的彈簧筒巻緊的盤繞彈簧；輸出 轉(zhuǎn)軸，盤繞彈簧的內(nèi)端固定于這個轉(zhuǎn)軸；發(fā)動機轉(zhuǎn)軸，其通過單向離合器連接于輸 出轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)動杠桿，其用于停止輸出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動或用于取消這種停止；只在所述杠 桿取消所述輸出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動停止時接通的同步電開關；以及電樞電流控制電路，其 設計成當所述電開關被斷開時電動機就被驅(qū)動，以使得當電動機轉(zhuǎn)速超過設定值時 就繼續(xù)進行轉(zhuǎn)動而把盤繞彈簧巻緊，以及使得在盤繞彈簧已經(jīng)完全巻緊因而電動機 的轉(zhuǎn)速降低到那個設定轉(zhuǎn)速以下時，供電被停止因而電動機的轉(zhuǎn)動也停止。
還有，日本專利公開公報No.2002-285940 (專利文件2)中的起動裝置的基本 構造大致與專利文件l中的相同，其不同僅在于，除上述電動機之外，驅(qū)動側(cè)還設 有已知的反沖式驅(qū)動段。換言之，專利文件2中的起動裝置就是專利文件1中的起 動裝置和已知的反沖式機構的組合。
另一方面，日本專利公報No.2573340 (專利文件3)揭示了一種盤繞彈簧式起 動裝置，其在單一框架內(nèi)裝有電池；由電池供電驅(qū)動的直流電動機；用于停止電 動機的工作的控制裝置；用于傳遞電動機的動力的高速比減速機構；由高速比減速 機構驅(qū)動的盤繞彈簧式動力儲存裝置；以及用于把動力儲存裝置內(nèi)的動力向一個方 向傳遞到發(fā)動機曲軸的動力傳遞裝置。高速比減速機構包括行星齒輪系統(tǒng)減速裝 置(在第一級里)，其布置在平行于曲軸的軸線上并由直流電動機驅(qū)動；以及減速 裝置(在第二級里)，在其中，所述行星齒輪系統(tǒng)減速裝置的輸出軸上的傳動齒輪 嚙合于從動齒輪，這個從動齒輪一體地布置在動力儲存裝置的彈簧力儲存室的圓周 上。
此外，在例如日本實用新型公開公報No.2-13171 (專利文件4)揭示的一種發(fā) 動機起動裝置中，把彈簧筒支承為能夠借助相反于發(fā)動機曲軸布置的行星齒輪減速
裝置的支承系統(tǒng)向一個方向樞轉(zhuǎn)。那個彈簧筒被控制為以被行星齒輪減速裝置降低 的速度轉(zhuǎn)動，行星齒輪減速裝置通過一組直齒減速齒輪連接于彈簧筒，直齒減速齒 輪包括大齒輪和小齒輪，小齒輪固定于布置在殼體里的直流電動機的輸出軸。在這 一情況中，棘輪爪嚙合于布置在彈簧筒的圓周上的各個棘齒之一可造成向一個方向 的轉(zhuǎn)動。起動棘輪和起動棘輪爪布置在彈簧筒的曲軸側(cè)。在棘輪和棘輪爪互相脫離 時棘輪可自由轉(zhuǎn)動。起動裝置棘輪配合于那個起動棘輪，而起動裝置棘輪可嚙合于 連接在曲軸上的離心式離合器爪。
專利文件1和4揭示的發(fā)動機起動裝置中，用作電源的電池是所謂NiCad (鎳 鎘)電池或鎳氫電池。在專利文件1到4中，沒有規(guī)定這些電池裝在什么地方，不 過從上述可想而知。通常，這樣的電池是布置在起動裝置內(nèi)，如專利文件3和4 中那樣?；蛘?，若整個常規(guī)電池的體積很大，可將電池安裝于靠近起動裝置專門設 置的部件。還有，可將這些電池布置在發(fā)動機和起動電動機之間。例如，為了從上 述電池得到電動機所需要的電力以巻緊動力儲存裝置的盤繞彈簧，需要用許多 NiCad電池或鎳氫電池。這限制了減小這種起動裝置的尺寸和重量的潛力。
按照專利文件1中的發(fā)動機起動裝置，直接連接于電動機的蝸桿與成形在彈簧 筒的圓周上的蝸輪的嚙合可使彈簧筒向一個方向轉(zhuǎn)動。這可阻止彈簧筒的反轉(zhuǎn)。但 是，在采用蝸桿和蝸輪嚙合的動力傳動機構中，電動機的輸出軸是布置成垂直于彈 簧筒的轉(zhuǎn)動傳動軸。這種布置的設計效率是較低的(約為60%)，這不可避免地限 制了減小尺寸的可能性。由于專利文件1和2中的發(fā)動機起動裝置包括由蝸桿和彈 簧筒上的蝸輪構成的減速機構，要想使整個起動裝置更緊湊，難度是極高的。
在專利文件3中，高速比減速機構是布置在電動機和彈簧筒之間，從而把電動 機的體積和電池的體積分別降低到電池起動裝置的對應體積的1/10禾B 1/6或更小。 因此，在起動裝置里安裝電池不會妨礙實際應用。但是，高速比減速機構設定了 1/250到1/300的極高減速比。這是因為所需要的輸出轉(zhuǎn)矩應由尺寸小體積也小的 電動機來確保以及盤繞彈簧應能穩(wěn)定地儲存動力。此外，專利文件4的起動裝置把 電動機的支承軸、彈簧筒、小直徑棘輪、以及棘輪爪布置成互相平行，這很難使發(fā) 動機起動裝置更緊湊。
鑒于以上討論的缺點，本發(fā)明的申請人通過取消例如由本申請人以往提出的日 本專利公報No.2005 —196419 (專利文件5)中的不必要的零部件以及通過合理的設計已經(jīng)實現(xiàn)了一種尺寸和重量都大大減小了的發(fā)動機起動裝置。
這一發(fā)動機起動裝置的基本構造如下它包括由電池驅(qū)動的小型電動機；動 力儲存段，在其中，小型電動機的動力通過高速比減速機構向儲存力的方向驅(qū)動地 傳遞；以及動力傳遞段，其可把儲存在動力儲存段里的動力傳遞到發(fā)動機曲軸。動 力儲存段有彈簧和支承著彈簧的一端的轉(zhuǎn)動支承件。彈簧可以是盤繞彈簧或螺旋彈 簧。在采用盤繞彈簧的情況中，轉(zhuǎn)動支承件可以由彈簧筒構成，而在采用螺旋彈簧 的情況中，可以用普通齒輪。
第一齒輪成形在轉(zhuǎn)動支承件上。第二齒輪固定于高速比減速機構的輸出軸。第 一和第二齒輪互相嚙合。這種發(fā)動機起動裝置有布置在動力儲存段或動力傳遞段里 的轉(zhuǎn)動禁止裝置。這一轉(zhuǎn)動禁止裝置在常態(tài)可允許動力儲存段或動力傳遞段向釋放 儲存的動力的方向轉(zhuǎn)動，而在電動機不工作時，它阻止向釋放儲存的動力的方向轉(zhuǎn) 動。高速比減速機構是行星齒輪系統(tǒng)減速機構。動力儲存段和動力傳遞段的轉(zhuǎn)動軸 線都是在發(fā)動機曲軸的軸線上。小型電動機的轉(zhuǎn)動軸和高速比減速機構的轉(zhuǎn)動軸都 平行于曲軸。第一和第二齒輪的直齒齒輪互相嚙合。
這種構造可使專利文件5中的發(fā)動機起動裝置克服專利文件1和4中揭示的小 型發(fā)動機起動裝置的上述機械問題。然而，專利文件5中的發(fā)動機起動裝置尚未解 決如何用緊湊的電池平穩(wěn)地、安全可靠地驅(qū)動小型發(fā)動機起動機構的問題。特別是， 為了減小整個工作機器的尺寸和重量，給發(fā)動機的點火電路、燃油供給控制電路、 等等供電的電池必須不僅能夠起動發(fā)動機而且應有所需要的放電容量，還應能減小 電池本身的尺寸和重量。
為了克服這一 問題，專利文件5中的發(fā)動機起動裝置已被發(fā)展為同時地具有用 于驅(qū)動小型發(fā)動機的起動裝置的小型電動機的電池組和用于驅(qū)動這種小型電動機 的電池。除高能率的可充電鋰電池、連接于可充電鋰電池的常規(guī)自放電防止電路和 過電流防止電路之外，電池組還包括由諸如過度充電防止電路、過度放電遏制電路、 以及起動開關繼電器電路等電子電路構成的保護電路?？蓪⑦@種做得更緊湊的電池 組一體地布置在手工工作機器把手的開關箱內(nèi)，令該開關箱獨立于手工工作機器的 發(fā)動機。
專利文件1:日本實用新型公開公報No.63-110672 專利文件2:日本專利公開公報No.2002-285940
專利文件3:日本專利公報No.2573340 專利文件4:日本實用新型公開公報No.2-13171 專利文件5:日本專利公報No.2005 —196419

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
專利文件5中由本發(fā)明的申請人以往提出的采用小型電動機的發(fā)動機起動裝 置已經(jīng)大大地減小了其尺寸，同時又能確保發(fā)動機的起動。但是，在按壓小型電動 機的起動開關之后能夠令操作者滿意的發(fā)動機起動所需要的適當起動時間范圍僅 僅是根據(jù)操作者的滿意度建立的。適當?shù)钠饎訒r間的總的目標范圍尚未建立。所以， 本發(fā)明的發(fā)明人在時間范圍方面進行了實驗，力求使操作者對發(fā)動機起動所需要的 時間表示滿意。作為實驗的結果，我們發(fā)現(xiàn)，在按壓了電動機的起動開關之后，操 作者對動力儲存彈簧儲存到足以起動發(fā)動機的動力所用的時間的滿意度，因人而 異，但是對起動所用的時間超出一定的范圍，普遍表示不滿意。由于專利文件5 中的發(fā)動機起動裝置設有緩沖/動力儲存段，起動操作所需要的時間的最低限度， 即使這一時間是短的，也不可能是預料得到的。如果起動操作所用的時間比預料的 時間長，操作者可能有所不悅。
在專利文件3中，為了增大電動機的轉(zhuǎn)矩，設定了達1/250至l」1/300之一的極 高減速比。但是，這樣高的減速比會大大增加通過轉(zhuǎn)動彈簧筒把所需要的動力儲存 在彈簧筒內(nèi)占用的時間。為了防止對較長的發(fā)動機起動時間不滿意，專利文件3 中的發(fā)動機起動裝置為盤繞彈簧采用自動巻繞式控制裝置；用這種控制裝置控制電 路，即使在發(fā)動機被每次進行的起動操作起動之后，動力儲存彈簧的動力也能自動 地儲存；對盤繞彈簧已經(jīng)歷的巻繞時間或巻繞程度進行檢測；并停止對電動機的供 電，借以縮短再次起動發(fā)動機所需要的等待時間。這使得這個起動裝置更為復雜， 必然導致成本增加。
本發(fā)明已經(jīng)提出要克服以上討論的常規(guī)起動裝置的問題。因此，本發(fā)明的目的 是提供一種小型發(fā)動機起動裝置，其設計為沿用專利文件5中的小型發(fā)動機起動裝 置的有利方面，設定能夠讓操作者滿意的客觀地合適的起動時間范圍，并提供裝有 這樣的起動裝置的手工工作機器。
解決問題的措施
從發(fā)明人進行的實驗發(fā)現(xiàn)，從電動機的起動開始起動發(fā)動機所需要的時間的合
適范圍是極短的，即0.4到1.3秒。作為這一時間范圍的下限的0.4秒是把電動機
的動力通過緩沖/動力儲存段傳遞到動力傳遞段所需要的時間。另一方面，作為這
一時間范圍的上限的1.3秒是起動發(fā)動機所需要的時間，超過這個時間，操作者可
能會因起動時間較長而不悅。這樣的不悅可能影響工作機器的作業(yè)，為了安全，必 須加以避免。
與常規(guī)的起動裝置相比，通過把高性能大放電容量的小型電池和大容量的小型 電動機相組合并設置有合適的彈簧力的緩沖/動力儲存段，可將減速比設定為極小。 這可確保動力從電動機到緩沖/動力儲存段的平穩(wěn)可靠的傳遞。從上述可想而知， 極小的減速比與發(fā)動機的起動時間有直接的關系。
按照本發(fā)明，提供的一種起動裝置包括由電池驅(qū)動的小型電動機；緩沖/動 力儲存段，小型電動機的輸出通過減速機構沿著力儲存的方向驅(qū)動地傳遞到這個緩 沖/動力儲存段，而同時緩沖存儲的動力；以及動力傳遞段，其可將儲存在緩沖/動 力儲存段里的動力傳遞到發(fā)動機的曲軸。這種起動裝置的特征在于減速機構的減 速比是在1/30到1/90的范圍內(nèi)；以及從小型電動機的起動開始起動發(fā)動機所需要 的時間是設定在0.4到1.3秒范圍內(nèi)。
還應指出，按照一個優(yōu)選的方面，電池組是極小型輕重量電池組，其體積是 55000到100mm3，重量約為80g。由于這樣的尺寸，可把電池組直接裝在發(fā)動機 起動裝置的外殼里，但也可以裝在外殼的外面，諸如裝在工作機器的把手上的開關 箱里。
優(yōu)選的小型電動機是這樣的，其殼體體積是例如4000到80000 mm3，停轉(zhuǎn)電 流是1到100A，停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是10到500mNm，還有，小型電動機的輸出軸以及轉(zhuǎn)動 動力儲存段的轉(zhuǎn)動軸和動力傳遞段的轉(zhuǎn)動軸都是平行于發(fā)動機重力的方向，并且輸 出軸和兩個轉(zhuǎn)動軸通過減速機構連接起來。除可充電鋰電池(包括至少兩節(jié)電池)、 連接于可充電電池的常規(guī)自放電防止電路和過電流防止電路之外，電池組還采用包 括電子電路諸如過度充電防止電路、過度放電遏制電路、以及起動開關繼電器電路 的保護電路。
在裝有這樣的小型發(fā)動機起動裝置的工作機器上，發(fā)動機應設有可給可充電鋰 電池充電的直流發(fā)電機。直流發(fā)電機具有布置在發(fā)動機的轉(zhuǎn)動部件上的磁鐵、以及 布置成與磁鐵相對的發(fā)電線圈。發(fā)動機的轉(zhuǎn)動部件最好是固定于曲軸的風扇。這可 給出有利的效果。
本發(fā)明的效果
本發(fā)明的整個電池的放電容量可滿足驅(qū)動至少一個發(fā)動機起動電動機、電池保 護電路、電子電路、以及用于帶有自動節(jié)氣門的化油器的電磁閥所需要的放電容量。 正因為如此，電池采用例如可充電鋰電池。每個可充電電池的放電容量是
1000mAh。每節(jié)電池的輸出電壓是3.8V。因此，即使把對起動發(fā)動機的電動機的 放電電流設定為10到60A,用兩節(jié)電池產(chǎn)生的7.6V輸出也可確保電源有足以驅(qū)動 其它電路的容量。優(yōu)選的是，用作安裝在工作機器上的小型發(fā)動機起動裝置的電源 的可充電鋰電池有足以通過緩沖/動力儲存段起動發(fā)動機的容量。
為了驅(qū)動具有預定的容量和轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機起動電動機，通過設置能夠儲存電動 機的輸出容量和動力同時又能緩沖它們的緩沖/動力儲存段，可以確保達到足以使 緩沖/動力儲存段轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩，從而可使緩沖/動力儲存段可靠而快速地蓄積用設定 為1/30到1/90的減速機構減速比足以起動發(fā)動機的動力，這樣的傳動比比常規(guī)的 傳動比高得多。這樣的傳動比使得能夠在0.4到1.3秒的極短時間內(nèi)可靠地起動發(fā) 動機。
在電池組裝在開關箱里的情況下，把電池組布置成離開發(fā)動機是有利的，這可 降低振動的傳遞和熱傳導。此外，應把電池組布置成遠離發(fā)動機汽油箱，以確保安 全以及便于電池的更換。類似于專利文件5中的發(fā)動機起動裝置，本發(fā)明不僅不需 要反沖式驅(qū)動段而且還大大地減小了起動裝置的外部尺寸，因而也減小了其重量。
在裝有這種小型發(fā)動機起動裝置的工作機器上，最好給發(fā)動機設置可給可充電 鋰電池充電的直流發(fā)電機。直流發(fā)電機具有布置在發(fā)動機的轉(zhuǎn)動部件上的磁鐵、以 及布置成與磁鐵相對的發(fā)電線圈。利用固定于曲軸的風扇(用作直流發(fā)電機的轉(zhuǎn)動 件)的轉(zhuǎn)動不僅可以實現(xiàn)磁鐵就固定在風扇上的簡單結構，而且可確保利用發(fā)動機 的轉(zhuǎn)動來有效地發(fā)電。利用這樣發(fā)出的電給電池組里的可充電鋰電池充電可防止電 池的充電不足。
圖1是本發(fā)明的小型發(fā)動機起動裝置和電池組之間的接線圖； 圖2是本發(fā)明的裝有電池組的小型發(fā)動機起動裝置的裝配圖； 圖3是表示出本發(fā)明的小型發(fā)動機起動裝置的減速比和發(fā)動機起動所用的時
間之間的關系的圖表；
圖4是表示出起動發(fā)動機的操作者的滿意度和發(fā)動機起動所用的時間之間的
關系的圖表；
圖5是一種典型的過度放電遏制電路之一例的電路圖，這種電路是設置在本發(fā) 明的電池組里的各保護電路之一 ；
圖6是表示出電動機停轉(zhuǎn)時的電壓一 電流特性的圖表；以及
圖7是表示出溫度特性的圖表，其是電動機停轉(zhuǎn)時線圈溫度特性之一例。
標號索引10發(fā)動機
11氣缸
12火花塞
12a點火線圈
14充電線圈
15帶有自動節(jié)氣門的化油器
15a化油器
15b節(jié)氣門線圈
16電池組
17開關箱
20起動開關
23發(fā)動機停止開關
25曲軸
26嚙合爪
27曲軸箱
28螺栓
100發(fā)動機起動裝置
110緩沖/動力儲存段
111盤繞彈簧
llla內(nèi)端
112彈簧筒
113圓周直齒齒輪
114單向離合器
120動力傳遞段
121起動輪
121a軸隙插入孔
121b盤繞彈簧端頭固定部分
122嚙合件
122a端部
123棘齒
130電驅(qū)動段
131極小型電動機
132減速機構
132a行星齒輪機構
132b直齒齒輪
132a-l到132a-3 第一到第三132a"-1、 132a， -3 突起
133輸出軸
133a嚙合部分
134電動機段儲存箱
134a圓筒體
134a-1配合槽
134b底部
134c、134d 突起
140箱體
140a第一箱體(在發(fā)動機那一側(cè))
140b第二箱體(在相反于發(fā)動機那一
141窗口
142電動機段緊配孔
143、147 螺栓插入孔
144螺釘孔
145軸
146扳手插入孔
149按鈕
150扭力彈簧
具體實施例方式
下面將參照


本發(fā)明的代表性實施例。 圖1表示出本發(fā)明的安裝在工作機器上的小型發(fā)動機混合電池起動裝置的起 動電路圖。
按照本發(fā)明，小型發(fā)動機IO，與常規(guī)的發(fā)動機一樣，包括氣缸ll、面對氣 缸11的燃燒室的火花塞12、活塞(未示)、曲軸(未示)、固定于曲軸的風扇(未 示)、以及布置在風扇的后面(在圖2中是在前面)的離心式離合器。
如圖1中所示，除上述各部件之外，按照本發(fā)明，小型發(fā)動機10還包括直 流發(fā)電機(未示)，其用于給作為用于驅(qū)動電動機131的電源的電池(下面還將說 明)充電，而該電動機用于起動發(fā)動機；以及帶有自動節(jié)氣門的化油器15，自動 節(jié)氣門用于在起動發(fā)動機時調(diào)節(jié)空氣/燃油比。直流發(fā)動機包括固定于風扇的圓 周的一部分的第一磁鐵(未示)、以及布置成面對磁鐵的轉(zhuǎn)動表面的充電線圈14。 電磁閥(未示)連接于帶有自動節(jié)氣門的化油器15。在發(fā)動機停止時，由于沒有 電供給到節(jié)氣門線圈15b，電磁閥是關閉的。但是，在為起動發(fā)動機而操作起動開 關的同時，來自電池組16的電流流過節(jié)氣門線圈15b，從而使電磁閥打開。依靠 電磁閥的打開或關閉程度的大小，可控制空氣/燃油比。按照這一實施例，靠近發(fā) 電機的爆發(fā)室布置有溫度傳感器(未示)，從而可根據(jù)由這一傳感器測得的溫度控
制電磁閥的打開程度。
圖2表示出本發(fā)明的發(fā)動機起動裝置100 (它有上述的連接電路)和小型發(fā)動
機10的裝配。就是，圖2是構成這一實施例的發(fā)動機起動裝置IOO的各裝置的布 置和結構的說明性視圖。這個發(fā)動機起動裝置100可用在小型空氣冷卻式汽油發(fā)動 機之類的發(fā)動機中并布置成靠近這種內(nèi)燃發(fā)動機10的曲軸25的輸入端。
如圖2中所示，發(fā)動機起動裝置100包括緩沖/動力儲存段110、動力傳遞段 120、以及電驅(qū)動段130，所有各段都一起裝配入一個單元并裝在單一箱體140內(nèi)。 箱體140的上半箱體形成長方形的第一空間A，動力儲存段110和動力傳遞段120 裝在其內(nèi)。它的下半箱體形成倒三角形的第二空間B，其向下端逐漸變窄，電驅(qū)動 段130安裝在其內(nèi)。箱體140的結構被分成兩半 一半是在發(fā)動機那一側(cè)的第一箱 體140a，另一半是在與發(fā)動機相反那一側(cè)的第二箱體140b。
窗口 141成形在發(fā)動機那一側(cè)的第一箱體140a的上半部分。電動機段緊配孔 142成形在第一箱體140a的下半部分的中部，減速機構132 (下面將說明)，即構 成上述電驅(qū)動段130的各構件之一，裝配并支承在該孔內(nèi)。用于把第一箱體140a 固定于發(fā)動機10的各螺栓插入孔143成形在長方形窗口 141的四個角部內(nèi)。此外， 在長方形窗口 141的邊框的四個部分(上面兩個角部和下面兩個角部)成形有用于 連接第二箱體140b的各螺釘孔144。另一方面，在位于與發(fā)動機相反那一側(cè)的第 二箱體140b的底部的內(nèi)壁(限定了第一空間A)的中部，軸145向發(fā)動機伸出。 在軸145的垂向下方以及在限定了第二空間B的后壁區(qū)域(對應于電動機段緊配 孔142的中心)，成形有連通于內(nèi)部空間的扳手插入孔146。各螺栓插入孔147也 成形在第二箱體140b的各區(qū)域(對應于第一箱體140a的各螺釘孔144)。
如圖2中所示，動力儲存段110包括盤繞彈簧111和彈簧筒112。直齒齒輪113 沿著圓周方向成形在彈簧筒112的一半寬度的圓周表面上。在彈簧筒112的中心成 形有通孔，單向離合器114的外圈以軸承的形式緊配并固定在該通孔內(nèi)。第二箱體 140b的軸145被壓入并固定在單向離合器114的內(nèi)圈內(nèi)。還有，在彈簧筒112的 發(fā)動機那一側(cè)形成容納彈簧的空間(未示)。在形成容納彈簧的空間的圓周壁的一 部分上成形有彈簧外端固定槽(未示)，彈簧lll的外端嚙合并固定在該槽內(nèi)。
動力傳遞段120包括起動輪121和嚙合件122，該嚙合件可嚙合于或脫離于起 動輪121。在起動輪121的中心成形有間隙插入孔121a，從第二箱體140b伸出的
軸145可插入該孔內(nèi)并與之有間隙。在與發(fā)動機相反的那一側(cè)，起動輪121的中心
形成盤繞彈簧端頭固定部分121b，其向彈簧筒112伸去并限定了間隙插入孔121a。 在彈簧端頭固定部分121b上成形有內(nèi)端固定槽，盤繞彈簧111的內(nèi)端111a嚙合并 固定在該槽內(nèi)。軸145的前端成形有螺釘孔(未示)。在完成裝配時螺釘148擰入 這個螺釘孔。這樣，動力儲存段110和起動輪121就被安裝并固定在第二箱體140b 內(nèi)。
嚙合突起(未示)布置在起動輪121的在發(fā)動機那一側(cè)的中心，該突起在其外 圓周上有多個棘齒，乃是安裝在發(fā)動機10的曲軸25上的離心式離合器的元件的嚙 合爪(未示)可嚙合于這些棘齒。該嚙合突起可接收在把彈簧力儲存在盤繞彈簧 111過程中由于彈簧筒112的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的向著釋放方向的能量。與此同時，這個 嚙合突起，在嚙合著曲軸25上的嚙合爪26的同時，保持固定不動，直到儲存的動 力超過發(fā)動機的最大負荷。當儲存在盤繞彈簧111內(nèi)的動力超過發(fā)動機的最大負荷 時，起動輪121開始轉(zhuǎn)動，嚙合突起與嚙合爪26配合在一起，于是發(fā)動機起動。 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變成恒定時，嚙合爪26由于發(fā)動機的離心力的作用脫離起動輪121 的嚙合突起。這樣，發(fā)動機就被允許繼續(xù)轉(zhuǎn)動。
還有，各棘齒123是以預定的間隔成形在起動輪121的外圓周上，因而整個起 動輪121構成棘輪。嚙合件122的一端122a是由第一箱體140a的轂部140a-l支 承著而能夠自由轉(zhuǎn)動。用按鈕149可使嚙合件122的前端嚙合或脫離于起動輪121 的外圓周上的棘齒123，從而可允許或禁止起動輪121的轉(zhuǎn)動。嚙合件122的前端 是被扭力彈簧150壓著，因而在發(fā)動機正常起動了時，其脫離棘齒123。通過轉(zhuǎn)動 嚙合件122的端部122a，克服由扭力彈簧150施加的壓力，其前端可嚙合于棘齒 123。
如圖2中所示，按鈕149是固定于第一箱體140a的圓周壁的一部分，在按鈕 149的銷子的前端的球(未示)配合入嚙合件122的前端。按照這一實施例，為了 轉(zhuǎn)動嚙合件122的前端來克服由扭力彈簧150施加的壓力，可以推按鈕149，借以 使嚙合件122向棘齒123轉(zhuǎn)動而克服壓力。按鈕149被以這種方式推壓時它就被鎖 定裝置(未示)鎖住。通過拉按鈕149可使其解鎖，從而可使嚙合件122向脫離棘 齒123的方向轉(zhuǎn)動。還有，由扭力彈簧150施加的壓力可使嚙合件122固定于第一 箱體140a的圓周壁。 電驅(qū)動段130包括上述用于起動發(fā)動機的電動機131和連接于電動機131的輸 出軸的減速機構132。電動機131的高速轉(zhuǎn)動被通過減速機構132減速，并且被減 速的轉(zhuǎn)動被傳遞到彈簧筒112。減速機構132包括小的行星齒輪機構132a和固定 于減速機構132的輸出軸的直齒齒輪132b。由于減速機構132是由行星齒輪機構 132a和直齒齒輪132b組合而成，可將減速機構132的輸入部分和輸出軸布置在公 共的第一軸線上，這樣就可把這一軸線布置成平行于上述從第二箱體140b伸向發(fā) 動機的軸145。
還有，在這一實施例中，如圖2中所示，電驅(qū)動段130的第一軸線是布置成大 致垂直于并低于重合于軸145的中心線的第二軸線。這可取消對反沖式機構的需 要。通過把通常是布置在動力儲存段IIO和動力傳遞段120的下面的電池布置在開 關箱17內(nèi)(見圖l)，以及通過把電驅(qū)動段130布置在開關箱17里的空的空間內(nèi)， 而開關箱17可布置在箱體140的外面并安裝在例如工作機器的操作把手上，這也 可減小箱體140的軸向長度，并可使箱體140的寬度為最小。
這一實施例的行星齒輪機構132a包括第一到第三內(nèi)齒輪132a-l到132a-3，它 們是環(huán)形的太陽齒輪。行星齒輪機構132a與電動機131 —起安裝并固定在電動機 段儲存箱134內(nèi)。在第一和第三內(nèi)齒輪132a-l和132a-3的圓周上成形有平行于轉(zhuǎn) 動軸線延伸的突起132a， -1和132a' -3。在電動機段儲存箱134的內(nèi)表面成形有 幾個配合槽134a-l，它們平行于各對應的突起132a， -1和132a' -3的軸線延伸并 接納這些對應的突起132a，"和132a' -3。
在這一實施例中，電動機段儲存箱134包括有底的圓筒體，其向與發(fā)動機相反 的那一側(cè)敞開并分段為圓筒體134a和底134b。平行于第一軸線的突起134c和134d 分別成形在圓筒體134a的圓周表面(有配合槽134a-l)和底134b上。螺釘孔成形 在底134b的突起134d上，以及螺栓插入孔成形在圓筒體134a的突起134c上。行 星齒輪機構132a的突起132a' -1和132a' -3配合在電動機段儲存箱134的上述構 造的各對應配合槽134a內(nèi)，這樣，電動機131和行星齒輪機構132a就被安裝并固 定在電動機段儲存箱134內(nèi)。容納電動機131和行星齒輪機構132a的電動機段儲 存箱134被緊配并支承在成形在第一箱體140a上的電動機段緊配孔142內(nèi)。在這 一情況中，安裝在電動機段儲存箱134內(nèi)的電動機131和行星齒輪機構132a是用 幾個螺栓和螺母(未示)緊固并固定在固定框135內(nèi)，并使行星齒輪機構132a的
輸出軸暴露于外面。直齒齒輪132b固定于行星齒輪機構132a的輸出軸的前端，因 而被容納并固定在電動機段儲存箱134內(nèi)。
按照本發(fā)明，小型電動機131對緩沖/動力儲存段的減速比是設定為從1/30到 1/90。圖3表示出由本發(fā)明的發(fā)明人進行的試驗的結果。具體地說，圖3表示出在 電動機被以這些減速比起動之后各個減速比和發(fā)動機起動所用的時間之間的關系。 試驗是用設定八個減速比(1/30、 1/40、 1/50、 1/60、 1/70、 1/80、 1/90、和1/100) 以及用多個小型發(fā)動機進行的，這些發(fā)動機裝有本發(fā)明的具有上述構造的發(fā)動機起 動裝置，這些發(fā)動機起動裝置是在實驗的基礎上制造的。用于起動這種型式的發(fā)動 機的八十三個試驗操作員中的每一個用這種起動裝置以給定的減速比起動了發(fā)動 機。在這一情況中，為了使動力從電動機131通過包括減速機構的動力傳遞系統(tǒng)傳 遞到動力儲存段110，在電動機131被驅(qū)動之后發(fā)動機起動用了至少0.4秒。由于 這一原因，本發(fā)明的減速比的上限是設定為1/30。
發(fā)動機以八個對應的減速比起動所需要的時間分別約為(如圖3中所示)0.40 秒、0.56秒、0.7秒、0.84秒、0.98秒、1.12秒、1.26秒、禾Q 1.4秒。圖4表示出 各對應的發(fā)動機起動所需時間和試驗操作員的人數(shù)之間的關系，這些人數(shù)的操作員 在被問到對發(fā)動機起動所用的時間的印象時回答對應的時間是合適的。從這個圖可 見，各個操作者還是很滿意的，特別是，如果發(fā)動機能夠在電動機131起動之后在 約0.4到1.3秒內(nèi)起動。但是，如果發(fā)動機的起動用了 1.4秒，就沒有人表示滿意 了?？紤]到這一試驗的結果，已將本發(fā)明的減速比設定為1/30到1/90。
按照本發(fā)明，小型電動機131到彈簧筒112的減速比已設定為1/50。直齒齒輪 132b (它固定于行星齒輪機構132a的輸出軸)到直齒齒輪113 (它成形在彈簧筒 的圓周上)的減速比已設定為1/2.5。由于這個原因，行星齒輪機構132a的減速比 已設定為1/20?？晒├缌前馐?未示)嚙合的嚙合部分133a成形在行星齒輪 機構132a的輸出軸133 (也就是直齒齒輪132b的支承軸的端部)上。成形在第二 箱體140b的后壁上的扳手插入孔146的中心是在嚙合部分133a的軸線上。
為把這一實施例的上述結構的各構成部件裝配到一起而將這種發(fā)動機起動裝 置容納在箱體140內(nèi)，應將第二箱體140b的軸145壓入并固定在彈簧筒112的通 孔內(nèi)，此前，應已將單向離合器114緊配在這個通孔內(nèi)了。這時，可將盤繞彈簧 111的外端嚙合并固定在外端固定槽(未示)內(nèi)，這個槽成形在限定了彈簧筒112
的彈簧容納空間的圓周壁上。接著，把盤繞彈簧111的內(nèi)端嚙合并固定在彈簧端頭
固定部分121b上的內(nèi)端固定槽內(nèi)，這個彈簧端頭固定部分121b成形在起動輪121 的中心。然后，把第二箱體140b的軸145插進間隙插入孔121a內(nèi)，穿過彈簧端頭 固定部分121b，以便有間隙。把緊固螺釘147擰入軸145的前端的螺釘孔，借以 把彈簧筒112和起動輪121裝配到一起而容納在第二箱體140b內(nèi)。
為了組裝電驅(qū)動段130而使其容納在箱體140中，將直流電動機131和減速機 構132的行星齒輪機構132a和直齒齒輪132b先裝配成組件。把成形在這一組件的 行星齒輪機構132a的圓周上的突起132a' -1和132a' -3裝配并固定在內(nèi)表面上的 配合槽142a內(nèi)，這個內(nèi)表面限定了成形在第一箱體140a上的電動機段緊配孔142。 然后，用四個螺栓28穿過成形在第一箱體140a的長方形窗口 141的四個對應角部 內(nèi)側(cè)的四個螺栓插入孔143，把這一組件緊固于曲軸箱27。與這一緊固動作的同時， 把電動機131定位并固定在曲軸箱27內(nèi)的預定空間內(nèi)。
在把第一箱體140a連同電驅(qū)動段130 —起固定于曲軸箱27之后，把螺釘28 穿過第二箱體140b上的螺釘插入孔147擰入第一箱體140a上的螺釘孔144。這樣， 就把第二箱體140b連同與之裝配到一起的動力儲存段110和動力傳遞段120 —體 地固定于第一箱體140a。在把第二箱體140b固定于第一箱體140a時，嚙合件122 的另一轉(zhuǎn)動端122c嚙合于成形在起動輪121的圓周上的棘齒123之一。在嚙合件 122由轂部140a-l可樞轉(zhuǎn)地支承著時，它的前端被扭力彈簧150壓著而不能嚙合于 棘齒123的任何一個齒，除非操作嚙合件122的端頭122a。
前已指出，在本發(fā)明的上述構造的電動式發(fā)動機起動裝置100中，不必設置以 往按常規(guī)布置在箱體140里的反沖式驅(qū)動段和電池。此外，容納動力儲存段110 的盤繞彈簧111的彈簧筒112和動力傳遞段120的起動輪121支承在共同的軸145 上。構成電驅(qū)動段130的電動機131和構成減速機構132的行星齒輪機構132a和 直齒齒輪132b都是垂向地布置在軸145的下方并在平行于軸145的軸線上。此外， 電動機131和行星齒輪機構132a都是極小型的，因此可被緊湊地容納在箱體140 里。這使得箱體140本身進而整個起動裝置更為緊湊。
為了用發(fā)動機起動裝置100起動發(fā)動機10，可接通把手上的起動開關20，從 而起動電動機131。隨之，包括行星齒輪機構132a和直齒齒輪132b的減速機構132 使彈簧筒112以1/50的減速比向盤繞彈簧111的力儲存方向轉(zhuǎn)動。此刻，嚙合件122不嚙合于動力傳遞段120的起動輪121。但是，固定于曲軸25的嚙合爪26嚙 合于起動輪121的在發(fā)動機那一側(cè)的嚙合突起。
在彈簧筒112轉(zhuǎn)動之后在將動力儲存在盤繞彈簧111里的過程中，使儲存的動 力釋放的反作用力作用在盤繞彈簧111上，于是通過嚙合爪26使曲軸25轉(zhuǎn)動并使 發(fā)動機10開始壓縮。但是，如果盤繞彈簧111的儲存動力不足以超過壓縮的最大 負荷，曲軸25就不會以足以開始壓縮的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。相反，在盤繞彈簧lll蓄積了 超過發(fā)動機10的最大壓縮負荷的動力時，釋放盤繞彈簧111的儲存動力的力就有 余了。因而，起動輪121通過嚙合爪26使曲軸25轉(zhuǎn)動，于是，發(fā)動機10點火并 起動運轉(zhuǎn)。按照這一實施例，在電動機131起動之后發(fā)動機10起動所用的時間僅 為0.7秒。
當發(fā)動機IO達到勻速轉(zhuǎn)動時，由于發(fā)動機的離心力的作用，嚙合爪26和起動 輪121的嚙合突起互相脫離，從而允許發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)。在這時，由于減速機構的 減速比已經(jīng)設定為1/50，這是極小的，所以發(fā)動機10起動所用的時間非常短，當 然這里還有本發(fā)明特有的電池的功勞。因此，發(fā)動機IO起動所需要的時間大致與 車輛上用的一般電池起動裝置所需要的起動時間相同。
如圖1中所示，當起動開關20被接通時，起動電動機131經(jīng)受通過用作電池 保護電路的過度放電遏制電路的放電，從而起動電動機131。與此同時，如果溫度 傳感器(未示)測得發(fā)動機的爆發(fā)室的周圍的溫度低于預定的溫度，空氣/燃油比 控制電路就開始工作。于是，有電流流過帶有自動節(jié)氣門的化油器15的節(jié)氣門線 圈15b，并且布置在化油器15a的進氣道內(nèi)的電磁閥(未示)打開，從而增加給小 型發(fā)動機10的供油量。如果發(fā)動機10的爆發(fā)室的周圍溫度超過預定的溫度，切斷 電路(未示)就切斷流向節(jié)氣門線圈15b的電流，而使電磁閥關閉。電磁閥在這時 的驅(qū)動電流最大為200到800mA。這一驅(qū)動電流也由電池組16供給。
過度放電遏制電路的基本功能如下預設足以用上述電動機131可靠地起動小 型發(fā)動機10的時間；在電動機131起動之后又過了那個預設時間時，電動機131 的驅(qū)動電路會自動地切斷，從而使電動機131停止。圖5表示出典型的定時電路之 一例，其采用電容器，該電容器構成這一實施例過度放電遏制電路A。自不待言， 過度放電遏制電路A不限于圖5所示的定時限制電路。過度放電遏制電路A可以 與過熱防止電路布置在一起。這樣的過熱防止電路可以按下述來進行設計。對電池組16的內(nèi)部溫度進行測量，當測得的溫度數(shù)值超過預定的溫度時，起動幵關自動 地斷開，于是停止放電?；蛘?，對起動電動機131時流過的電流值用時間進行積分 計算，把積分結果數(shù)值轉(zhuǎn)換成熱量，當這一熱量超過設定的數(shù)值時，放電被自動地 停止。或者，可在電動機的轉(zhuǎn)數(shù)超過設定的數(shù)值時，使放電自動地停止。
圖5中，如果電動機131的起動開關20被接通，在a點就產(chǎn)生電壓Vl。在電 容器C充電的過程中b點的電壓V2繼續(xù)升高。當電壓V1和V2達到平衡時，"與 門"電路29發(fā)出信號。因而使先前閉合的電子開關30打開，從而使電動機131 停止。在這一情況中，電動機131從其起動到停止所用的時間T是由電容器C的 電容量來決定。
在這一實施例中，電動機131的驅(qū)動時間T已設定為10秒。如果起動開關20 被接通，而電動機131發(fā)生停轉(zhuǎn)，并且引起來自電池組16的26A的電流流過電動 機驅(qū)動電路，那么電池組16里的電路就可能過熱。結果，某些電路元件可能燒壞， 進而損壞電路。此外，如果線圈溫度超過某一數(shù)值，電動機131可能被燒壞，導致 不能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。圖6和7表示出為找出驅(qū)動時間、電壓和電流之間的互相關系而進 行的實驗的結果。
在電動機131停轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)生的從完全充電的電池組(8.4V)流出的26A 的電流流過電動機131歷時15分鐘。如圖6中所示，電壓和電流都隨著時間減小。 圖7表示出在與圖6相同的條件下在產(chǎn)生的電流流過電動機131歷時12秒時線圈 溫度的變化。在這種型式的電動機中，覆蓋線圈表面的絕緣薄膜的耐熱溫度極限通 常是18(TC。從圖7可以理解，在產(chǎn)生的電流流過電動機131歷時IO秒后，線圈 溫度達到187°C，這一數(shù)值超過了絕緣薄膜的耐熱溫度。
在這一實施例中，用的是尺寸緊湊但輸出和容量都大于常規(guī)電動機的小型電動 機，并且，在電動機和與發(fā)動機曲軸同步運動的動力傳遞段之間布置有緩沖/動力 儲存段，以及在電動機和緩沖/動力儲存段之間布置有減速機構。這使得這種小型 電動機能夠以低達1/30到1/90的減速比把足夠大的轉(zhuǎn)矩傳遞給緩沖/動力儲存段。 因此，能夠有保證地蓄積足以起動發(fā)動機的動力。此外，在這一范圍內(nèi)的減速比使 得能夠在極短的時間內(nèi)起動發(fā)動機，例如在電動機起動之后0.4秒到1.3秒就能起 動發(fā)動機。因此，在這一時間范圍內(nèi)，起動發(fā)動機的操作者是不會不滿意的。
并且，結構上的合理設計，就是電動機和減速機構的軸線與緩沖/動力儲存段
和動力傳遞段的軸線都是平行于發(fā)動機的重力方向，可以減小這種發(fā)動機起動裝置 的長度和寬度。這樣的合理設計和小型電動機使得這種起動裝置更為緊湊，同時能 防止發(fā)動機因裝上這種起動裝置而失去其側(cè)向平衡。
權利要求
1.一種用于安裝在手工工作機器上的小型發(fā)動機的起動裝置，所述起動裝置包括由電池驅(qū)動的小型電動機；緩沖/動力儲存段，所述小型電動機的輸出通過減速機構向著儲存力的方向驅(qū)動地傳遞到所述緩沖/動力儲存段；以及動力傳遞段，所述動力傳遞段把儲存在所述轉(zhuǎn)動動力儲存段里的動力傳遞到發(fā)動機的曲軸，所述起動裝置的特征在于所述減速機構的減速比是在1/30到1/90范圍內(nèi)；以及從所述小型電動機的起動開始，起動所述發(fā)動機所需要的時間是在0.4到1.3秒范圍內(nèi)。
2. —種手工工作機器，其特征在于，安裝有如權利要求l所述的起動裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于小型發(fā)動機的起動裝置，其能夠在適當?shù)钠饎訒r間內(nèi)起動小型發(fā)動機，并通過合理的設計大大地減小了尺寸和重量。該起動裝置具有小型電動機(131)和可充電電池。用容量相當大尺寸極小的多個可充電電池作為驅(qū)動小型發(fā)動機的動力源。減速比為1/30到1/90的減速機構(132)布置在電動機(131)和緩沖/動力儲存段(110)之間。這種起動裝置可在0.4到1.3秒的極短時間內(nèi)起動發(fā)動機。在發(fā)動機的這一起動時間范圍內(nèi)，操作者不會有不舒服的感覺。
文檔編號F02N99/00GK101375050SQ200680051948
公開日2009年2月25日 申請日期2006年2月1日 優(yōu)先權日2006年2月1日
發(fā)明者小野涼 申請人:富世華智諾株式會社