专利名称：用于具有小型电动机的手工工作机器的发动机起动装置和安装有这种发动机起动装置的 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及装有紧凑且高输出电池的可驱动极小型电动机的电池组，而极小型 电动机用于起动安装在各种手工工作机器诸如便携式灌木丛修剪机、链锯、割草机、 背负式灌木丛修剪机、动力驱动的喷洒器、发动机驱动的送风机、除尘器、以及树 篱修整机等上的小型发动机，还涉及由这种电池组驱动的发动机起动装置，以及还 涉及装有这种发动机起动装置的手工工作机器。
背景技术：
手工工作机器诸如灌木丛修剪机和链锯等的应用日益增加，其上安装的用于小 型空气冷却汽油发动机的大多数发动机起动装置包括反冲式驱动段；通过某种离 合装置诸如离心式离合器连接于发动机曲轴的从动段；以及布置在驱动段和从动段 之间的缓冲/动力储存段，该缓冲/动力储存段用于缓冲驱动段的驱动力并有盘绕弹 簧之类的东西用于把动力弹性地储存在从动段和其自身之间。这种反冲式驱动段 有其上巻绕有反冲绳索的反冲巻盘；以及布置在反冲巻盘和外壳之间的反冲盘绕 弹簧，该弹簧以其内端和外端分别固定于反冲巻盘和外壳。通过用手向外拉反冲绳 索，反冲巻盘向一个方向转动，与此同时，反冲盘绕弹簧被巻紧，从而储存了弹力 能量。随后通过把手放开反冲绳索，储存在反冲盘绕弹簧内的动力被释放，并且反 冲绳索被自动地回绕到反冲巻盘上。
但是，每当起动发动机时，就需要向外拉上述反冲式驱动段的反冲绳索。 一般 地说，必须一下子很快地把绳索拉出得足够长。年老体弱的人或工作在狭小空间里 的人不大可能只把绳索向外拉一次就起动发动机。鉴于这样的缺点，迄今已经提出 了许多便于通过拉动绳索进行发动机起动操作的方法。其中某些是实用的。但是， 向外拉反冲绳索的不方便问题仍然存在。另一方面，近来，小型电动机和电池有显 著的发展，它们极其紧凑并有大的容量。
为了避免上述反冲式起动装置的的操作不便，除上述近来发展情况之外，还有 一种电的发动机起动装置，其能够通过操作简单的开关容易而可靠地起动发动机， 并且这种型式的发动机起动装置的进一步发展是有需求的。这种用于小型发动机的
电的起动装置是多年前由日本实用新型公开公报No.63-U0672 (专利文件1)提出 的。最近，例如日本专利公开公报No.2002-285940 (专利文件2)中也揭示了一种 电的发动机起动装置。
日本实用新型公开公报No.63-110672中的起动装置包括由电池供电驱动的 直流电动机；可由固定于电动机输出轴的蜗杆驱动的弹簧筒巻紧的盘绕弹簧；输出 转轴，盘绕弹簧的内端固定于这个转轴；发动机转轴，其通过单向离合器连接于输 出转轴；转动杠杆，其用于停止输出转轴的转动或用于取消这种停止；只在所述杠 杆取消所述输出转轴的转动停止时接通的同步电开关；以及电枢电流控制电路，其 设计成当所述电开关被断开时电动机就被驱动，以使得当电动机转速超过设定值时 就继续进行转动而把盘绕弹簧巻紧，以及使得在盘绕弹簧已经完全巻紧因而电动机 的转速降低到那个设定转速以下时，供电被停止因而电动机的转动也停止。
还有，日本专利公开公报No.2002-285940 (专利文件2)中的起动装置的基本 构造大致与专利文件l中的相同，其不同仅在于，除上述电动机之外，驱动侧还设 有已知的反冲式驱动段。换言之，专利文件2中的起动装置就是专利文件1中的起 动装置和已知的反冲式机构的组合。
另一方面，日本专利公报No.2573340 (专利文件3)揭示了一种盘绕弹簧式起 动装置，其在单一框架内装有电池；由电池供电驱动的直流电动机；用于停止电 动机的工作的控制装置；用于传递电动机的动力的高速比减速机构；由高速比减速 机构驱动的盘绕弹簧式动力储存装置；以及用于把动力储存装置内的动力向一个方 向传递到发动机曲轴的动力传递装置。高速比减速机构包括行星齿轮系统减速装 置(在第一级里)，其布置在平行于曲轴的轴线上并由直流电动机驱动；以及减速 装置(在第二级里)，在其中，所述行星齿轮系统减速装置的输出轴上的传动齿轮 啮合于从动齿轮，这个从动齿轮一体地布置在动力储存装置的弹簧力储存室的圆周 上。
此外，在例如日本实用新型公开公报No.2-13171 (专利文件4)揭示的一种发 动机起动装置中，把弹簧筒支承为能够借助相反于发动机曲轴布置的行星齿轮减速
装置的支承系统向一个方向枢转。那个弹簧筒被控制为以被行星齿轮减速装置降低 的速度转动，行星齿轮减速装置通过一组直齿减速齿轮连接于弹簧筒，直齿减速齿 轮包括大齿轮和小齿轮，小齿轮固定于布置在壳体里的直流电动机的输出轴。在这 一情况中，棘轮爪啮合于布置在弹簧筒的圆周上的各个棘齿之一可造成向一个方向 的转动。起动棘轮和起动棘轮爪布置在弹簧筒的曲轴侧。在棘轮和棘轮爪互相脱离 时棘轮可自由转动。起动装置棘轮配合于那个起动棘轮，而起动装置棘轮可啮合于 连接在曲轴上的离心式离合器爪。
专利文件1和4揭示的发动机起动装置中，用作电源的电池是所谓NiCad (镍 镉)电池或镍氢电池。在专利文件1到4中，没有规定这些电池装在什么地方，不 过从上述可想而知。通常，这样的电池是布置在起动装置内，如专利文件3和4 中那样。或者，若整个常规电池的体积很大，可将电池安装于靠近起动装置专门设 置的部件。还有，可将这些电池布置在发动机和起动电动机之间。例如，为了从上 述电池得到电动机所需要的电力以巻紧动力储存装置的盘绕弹簧，需要用许多 NiCad电池或镍氢电池。这限制了减小这种起动装置的尺寸和重量的潜力。
按照专利文件1中的发动机起动装置，直接连接于电动机的蜗杆与成形在弹簧 筒的圆周上的蜗轮的啮合可使弹簧筒向一个方向转动。这可阻止弹簧筒的反转。但 是，在采用蜗杆和蜗轮啮合的动力传动机构中，电动机的输出轴是布置成垂直于弹 簧筒的转动传动轴。这种布置的设计效率是较低的(约为60%)，这不可避免地限 制了减小尺寸的可能性。由于专利文件1和2中的发动机起动装置包括由蜗杆和弹 簧筒上的蜗轮构成的减速机构，要想使整个起动装置更紧凑，难度是极高的。
在专利文件3中，高速比减速机构是布置在电动机和弹簧筒之间，从而把电动 机的体积和电池的体积分别降低到电池起动装置的对应体积的1/10禾B 1/6或更小。 因此，在起动装置里安装电池不会妨碍实际应用。但是，高速比减速机构设定了 1/250到1/300的极高减速比。这是因为所需要的输出转矩应由尺寸小体积也小的 电动机来确保以及盘绕弹簧应能稳定地储存动力。此外，专利文件4的起动装置把 电动机的支承轴、弹簧筒、小直径棘轮、以及棘轮爪布置成互相平行，这很难使发 动机起动装置更紧凑。
鉴于以上讨论的缺点，本发明的申请人通过取消例如由本申请人以往提出的日 本专利公报No.2005 —196419 (专利文件5)中的不必要的零部件以及通过合理的设计已经实现了一种尺寸和重量都大大减小了的发动机起动装置。
这一发动机起动装置的基本构造如下它包括由电池驱动的小型电动机；动 力储存段，在其中，小型电动机的动力通过高速比减速机构向储存力的方向驱动地 传递；以及动力传递段，其可把储存在动力储存段里的动力传递到发动机曲轴。动 力储存段有弹簧和支承着弹簧的一端的转动支承件。弹簧可以是盘绕弹簧或螺旋弹 簧。在采用盘绕弹簧的情况中，转动支承件可以由弹簧筒构成，而在采用螺旋弹簧 的情况中，可以用普通齿轮。
第一齿轮成形在转动支承件上。第二齿轮固定于高速比减速机构的输出轴。第 一和第二齿轮互相啮合。这种发动机起动装置有布置在动力储存段或动力传递段里 的转动禁止装置。这一转动禁止装置在常态可允许动力储存段或动力传递段向释放 储存的动力的方向转动，而在电动机不工作时，它阻止向释放储存的动力的方向转 动。高速比减速机构是行星齿轮系统减速机构。动力储存段和动力传递段的转动轴 线都是在发动机曲轴的轴线上。小型电动机的转动轴和高速比减速机构的转动轴都 平行于曲轴。第一和第二齿轮的直齿齿轮互相啮合。
这种构造可使专利文件5中的发动机起动装置克服专利文件1和4中揭示的小 型发动机起动装置的上述机械问题。然而，专利文件5中的发动机起动装置尚未解 决如何用紧凑的电池平稳地、安全可靠地驱动小型发动机起动机构的问题。特别是， 为了减小整个工作机器的尺寸和重量，给发动机的点火电路、燃油供给控制电路、 等等供电的电池必须不仅能够起动发动机而且应有所需要的放电容量，还应能减小 电池本身的尺寸和重量。
为了克服这一 问题，专利文件5中的发动机起动装置已被发展为同时地具有用 于驱动小型发动机的起动装置的小型电动机的电池组和用于驱动这种小型电动机 的电池。除高能率的可充电锂电池、连接于可充电锂电池的常规自放电防止电路和 过电流防止电路之外，电池组还包括由诸如过度充电防止电路、过度放电遏制电路、 以及起动开关继电器电路等电子电路构成的保护电路。可将这种做得更紧凑的电池 组一体地布置在手工工作机器把手的开关箱内，令该开关箱独立于手工工作机器的 发动机。
专利文件1:日本实用新型公开公报No.63-110672 专利文件2:日本专利公开公报No.2002-285940
专利文件3:日本专利公报No.2573340 专利文件4:日本实用新型公开公报No.2-13171 专利文件5:日本专利公报No.2005 —196419
发明内容
本发明要解决的问题
专利文件5中由本发明的申请人以往提出的采用小型电动机的发动机起动装 置已经大大地减小了其尺寸，同时又能确保发动机的起动。但是，在按压小型电动 机的起动开关之后能够令操作者满意的发动机起动所需要的适当起动时间范围仅 仅是根据操作者的满意度建立的。适当的起动时间的总的目标范围尚未建立。所以， 本发明的发明人在时间范围方面进行了实验，力求使操作者对发动机起动所需要的 时间表示满意。作为实验的结果，我们发现，在按压了电动机的起动开关之后，操 作者对动力储存弹簧储存到足以起动发动机的动力所用的时间的满意度，因人而 异，但是对起动所用的时间超出一定的范围，普遍表示不满意。由于专利文件5 中的发动机起动装置设有缓冲/动力储存段，起动操作所需要的时间的最低限度， 即使这一时间是短的，也不可能是预料得到的。如果起动操作所用的时间比预料的 时间长，操作者可能有所不悦。
在专利文件3中，为了增大电动机的转矩，设定了达1/250至l」1/300之一的极 高减速比。但是，这样高的减速比会大大增加通过转动弹簧筒把所需要的动力储存 在弹簧筒内占用的时间。为了防止对较长的发动机起动时间不满意，专利文件3 中的发动机起动装置为盘绕弹簧采用自动巻绕式控制装置；用这种控制装置控制电 路，即使在发动机被每次进行的起动操作起动之后，动力储存弹簧的动力也能自动 地储存；对盘绕弹簧已经历的巻绕时间或巻绕程度进行检测；并停止对电动机的供 电，借以縮短再次起动发动机所需要的等待时间。这使得这个起动装置更为复杂， 必然导致成本增加。
本发明已经提出要克服以上讨论的常规起动装置的问题。因此，本发明的目的 是提供一种小型发动机起动装置，其设计为沿用专利文件5中的小型发动机起动装 置的有利方面，设定能够让操作者满意的客观地合适的起动时间范围，并提供装有 这样的起动装置的手工工作机器。
解决问题的措施
从发明人进行的实验发现，从电动机的起动开始起动发动机所需要的时间的合
适范围是极短的，即0.4到1.3秒。作为这一时间范围的下限的0.4秒是把电动机
的动力通过缓冲/动力储存段传递到动力传递段所需要的时间。另一方面，作为这
一时间范围的上限的1.3秒是起动发动机所需要的时间，超过这个时间，操作者可
能会因起动时间较长而不悦。这样的不悦可能影响工作机器的作业，为了安全，必 须加以避免。
与常规的起动装置相比，通过把高性能大放电容量的小型电池和大容量的小型 电动机相组合并设置有合适的弹簧力的缓冲/动力储存段，可将减速比设定为极小。 这可确保动力从电动机到缓冲/动力储存段的平稳可靠的传递。从上述可想而知， 极小的减速比与发动机的起动时间有直接的关系。
按照本发明，提供的一种起动装置包括由电池驱动的小型电动机；缓冲/动 力储存段，小型电动机的输出通过减速机构沿着力储存的方向驱动地传递到这个缓 冲/动力储存段，而同时缓冲存储的动力；以及动力传递段，其可将储存在缓冲/动 力储存段里的动力传递到发动机的曲轴。这种起动装置的特征在于减速机构的减 速比是在1/30到1/90的范围内；以及从小型电动机的起动开始起动发动机所需要 的时间是设定在0.4到1.3秒范围内。
还应指出，按照一个优选的方面，电池组是极小型轻重量电池组，其体积是 55000到100mm3，重量约为80g。由于这样的尺寸，可把电池组直接装在发动机 起动装置的外壳里，但也可以装在外壳的外面，诸如装在工作机器的把手上的开关 箱里。
优选的小型电动机是这样的，其壳体体积是例如4000到80000 mm3，停转电 流是1到100A，停转转矩是10到500mNm，还有，小型电动机的输出轴以及转动 动力储存段的转动轴和动力传递段的转动轴都是平行于发动机重力的方向，并且输 出轴和两个转动轴通过减速机构连接起来。除可充电锂电池(包括至少两节电池)、 连接于可充电电池的常规自放电防止电路和过电流防止电路之外，电池组还采用包 括电子电路诸如过度充电防止电路、过度放电遏制电路、以及起动开关继电器电路 的保护电路。
在装有这样的小型发动机起动装置的工作机器上，发动机应设有可给可充电锂 电池充电的直流发电机。直流发电机具有布置在发动机的转动部件上的磁铁、以及 布置成与磁铁相对的发电线圈。发动机的转动部件最好是固定于曲轴的风扇。这可 给出有利的效果。
本发明的效果
本发明的整个电池的放电容量可满足驱动至少一个发动机起动电动机、电池保 护电路、电子电路、以及用于带有自动节气门的化油器的电磁阀所需要的放电容量。 正因为如此，电池采用例如可充电锂电池。每个可充电电池的放电容量是
1000mAh。每节电池的输出电压是3.8V。因此，即使把对起动发动机的电动机的 放电电流设定为10到60A,用两节电池产生的7.6V输出也可确保电源有足以驱动 其它电路的容量。优选的是，用作安装在工作机器上的小型发动机起动装置的电源 的可充电锂电池有足以通过缓冲/动力储存段起动发动机的容量。
为了驱动具有预定的容量和转矩的发动机起动电动机，通过设置能够储存电动 机的输出容量和动力同时又能缓冲它们的缓冲/动力储存段，可以确保达到足以使 缓冲/动力储存段转动的转矩，从而可使缓冲/动力储存段可靠而快速地蓄积用设定 为1/30到1/90的减速机构减速比足以起动发动机的动力，这样的传动比比常规的 传动比高得多。这样的传动比使得能够在0.4到1.3秒的极短时间内可靠地起动发 动机。
在电池组装在开关箱里的情况下，把电池组布置成离开发动机是有利的，这可 降低振动的传递和热传导。此外，应把电池组布置成远离发动机汽油箱，以确保安 全以及便于电池的更换。类似于专利文件5中的发动机起动装置，本发明不仅不需 要反冲式驱动段而且还大大地减小了起动装置的外部尺寸，因而也减小了其重量。
在装有这种小型发动机起动装置的工作机器上，最好给发动机设置可给可充电 锂电池充电的直流发电机。直流发电机具有布置在发动机的转动部件上的磁铁、以 及布置成与磁铁相对的发电线圈。利用固定于曲轴的风扇(用作直流发电机的转动 件)的转动不仅可以实现磁铁就固定在风扇上的简单结构，而且可确保利用发动机 的转动来有效地发电。利用这样发出的电给电池组里的可充电锂电池充电可防止电 池的充电不足。
图1是本发明的小型发动机起动装置和电池组之间的接线图； 图2是本发明的装有电池组的小型发动机起动装置的装配图； 图3是表示出本发明的小型发动机起动装置的减速比和发动机起动所用的时
间之间的关系的图表；
图4是表示出起动发动机的操作者的满意度和发动机起动所用的时间之间的
关系的图表；
图5是一种典型的过度放电遏制电路之一例的电路图，这种电路是设置在本发 明的电池组里的各保护电路之一 ；
图6是表示出电动机停转时的电压一 电流特性的图表；以及
图7是表示出温度特性的图表，其是电动机停转时线圈温度特性之一例。
标号索引10发动机
11气缸
12火花塞
12a点火线圈
14充电线圈
15带有自动节气门的化油器
15a化油器
15b节气门线圈
16电池组
17开关箱
20起动开关
23发动机停止开关
25曲轴
26啮合爪
27曲轴箱
28螺栓
100发动机起动装置
110缓冲/动力储存段
111盘绕弹簧
llla内端
112弹簧筒
113圆周直齿齿轮
114单向离合器
120动力传递段
121起动轮
121a轴隙插入孔
121b盘绕弹簧端头固定部分
122啮合件
122a端部
123棘齿
130电驱动段
131极小型电动机
132减速机构
132a行星齿轮机构
132b直齿齿轮
132a-l到132a-3 第一到第三132a"-1、 132a， -3 突起
133输出轴
133a啮合部分
134电动机段储存箱
134a圆筒体
134a-1配合槽
134b底部
134c、134d 突起
140箱体
140a第一箱体(在发动机那一侧)
140b第二箱体(在相反于发动机那一
141窗口
142电动机段紧配孔
143、147 螺栓插入孔
144螺钉孔
145轴
146扳手插入孔
149按钮
150扭力弹簧
具体实施例方式
下面将参照
本发明的代表性实施例。 图1表示出本发明的安装在工作机器上的小型发动机混合电池起动装置的起 动电路图。
按照本发明，小型发动机IO，与常规的发动机一样，包括气缸ll、面对气 缸11的燃烧室的火花塞12、活塞(未示)、曲轴(未示)、固定于曲轴的风扇(未 示)、以及布置在风扇的后面(在图2中是在前面)的离心式离合器。
如图1中所示，除上述各部件之外，按照本发明，小型发动机10还包括直 流发电机(未示)，其用于给作为用于驱动电动机131的电源的电池(下面还将说 明)充电，而该电动机用于起动发动机；以及带有自动节气门的化油器15，自动 节气门用于在起动发动机时调节空气/燃油比。直流发动机包括固定于风扇的圆 周的一部分的第一磁铁(未示)、以及布置成面对磁铁的转动表面的充电线圈14。 电磁阀(未示)连接于带有自动节气门的化油器15。在发动机停止时，由于没有 电供给到节气门线圈15b，电磁阀是关闭的。但是，在为起动发动机而操作起动开 关的同时，来自电池组16的电流流过节气门线圈15b，从而使电磁阀打开。依靠 电磁阀的打开或关闭程度的大小，可控制空气/燃油比。按照这一实施例，靠近发 电机的爆发室布置有温度传感器(未示)，从而可根据由这一传感器测得的温度控
制电磁阀的打开程度。
图2表示出本发明的发动机起动装置100 (它有上述的连接电路)和小型发动
机10的装配。就是，图2是构成这一实施例的发动机起动装置IOO的各装置的布 置和结构的说明性视图。这个发动机起动装置100可用在小型空气冷却式汽油发动 机之类的发动机中并布置成靠近这种内燃发动机10的曲轴25的输入端。
如图2中所示，发动机起动装置100包括缓冲/动力储存段110、动力传递段 120、以及电驱动段130，所有各段都一起装配入一个单元并装在单一箱体140内。 箱体140的上半箱体形成长方形的第一空间A，动力储存段110和动力传递段120 装在其内。它的下半箱体形成倒三角形的第二空间B，其向下端逐渐变窄，电驱动 段130安装在其内。箱体140的结构被分成两半 一半是在发动机那一侧的第一箱 体140a，另一半是在与发动机相反那一侧的第二箱体140b。
窗口 141成形在发动机那一侧的第一箱体140a的上半部分。电动机段紧配孔 142成形在第一箱体140a的下半部分的中部，减速机构132 (下面将说明)，即构 成上述电驱动段130的各构件之一，装配并支承在该孔内。用于把第一箱体140a 固定于发动机10的各螺栓插入孔143成形在长方形窗口 141的四个角部内。此外， 在长方形窗口 141的边框的四个部分(上面两个角部和下面两个角部)成形有用于 连接第二箱体140b的各螺钉孔144。另一方面，在位于与发动机相反那一侧的第 二箱体140b的底部的内壁(限定了第一空间A)的中部，轴145向发动机伸出。 在轴145的垂向下方以及在限定了第二空间B的后壁区域(对应于电动机段紧配 孔142的中心)，成形有连通于内部空间的扳手插入孔146。各螺栓插入孔147也 成形在第二箱体140b的各区域(对应于第一箱体140a的各螺钉孔144)。
如图2中所示，动力储存段110包括盘绕弹簧111和弹簧筒112。直齿齿轮113 沿着圆周方向成形在弹簧筒112的一半宽度的圆周表面上。在弹簧筒112的中心成 形有通孔，单向离合器114的外圈以轴承的形式紧配并固定在该通孔内。第二箱体 140b的轴145被压入并固定在单向离合器114的内圈内。还有，在弹簧筒112的 发动机那一侧形成容纳弹簧的空间(未示)。在形成容纳弹簧的空间的圆周壁的一 部分上成形有弹簧外端固定槽(未示)，弹簧lll的外端啮合并固定在该槽内。
动力传递段120包括起动轮121和啮合件122，该啮合件可啮合于或脱离于起 动轮121。在起动轮121的中心成形有间隙插入孔121a，从第二箱体140b伸出的
轴145可插入该孔内并与之有间隙。在与发动机相反的那一侧，起动轮121的中心
形成盘绕弹簧端头固定部分121b，其向弹簧筒112伸去并限定了间隙插入孔121a。 在弹簧端头固定部分121b上成形有内端固定槽，盘绕弹簧111的内端111a啮合并 固定在该槽内。轴145的前端成形有螺钉孔(未示)。在完成装配时螺钉148拧入 这个螺钉孔。这样，动力储存段110和起动轮121就被安装并固定在第二箱体140b 内。
啮合突起(未示)布置在起动轮121的在发动机那一侧的中心，该突起在其外 圆周上有多个棘齿，乃是安装在发动机10的曲轴25上的离心式离合器的元件的啮 合爪(未示)可啮合于这些棘齿。该啮合突起可接收在把弹簧力储存在盘绕弹簧 111过程中由于弹簧筒112的转动而产生的向着释放方向的能量。与此同时，这个 啮合突起，在啮合着曲轴25上的啮合爪26的同时，保持固定不动，直到储存的动 力超过发动机的最大负荷。当储存在盘绕弹簧111内的动力超过发动机的最大负荷 时，起动轮121开始转动，啮合突起与啮合爪26配合在一起，于是发动机起动。 当发动机转速变成恒定时，啮合爪26由于发动机的离心力的作用脱离起动轮121 的啮合突起。这样，发动机就被允许继续转动。
还有，各棘齿123是以预定的间隔成形在起动轮121的外圆周上，因而整个起 动轮121构成棘轮。啮合件122的一端122a是由第一箱体140a的毂部140a-l支 承着而能够自由转动。用按钮149可使啮合件122的前端啮合或脱离于起动轮121 的外圆周上的棘齿123，从而可允许或禁止起动轮121的转动。啮合件122的前端 是被扭力弹簧150压着，因而在发动机正常起动了时，其脱离棘齿123。通过转动 啮合件122的端部122a，克服由扭力弹簧150施加的压力，其前端可啮合于棘齿 123。
如图2中所示，按钮149是固定于第一箱体140a的圆周壁的一部分，在按钮 149的销子的前端的球(未示)配合入啮合件122的前端。按照这一实施例，为了 转动啮合件122的前端来克服由扭力弹簧150施加的压力，可以推按钮149，借以 使啮合件122向棘齿123转动而克服压力。按钮149被以这种方式推压时它就被锁 定装置(未示)锁住。通过拉按钮149可使其解锁，从而可使啮合件122向脱离棘 齿123的方向转动。还有，由扭力弹簧150施加的压力可使啮合件122固定于第一 箱体140a的圆周壁。 电驱动段130包括上述用于起动发动机的电动机131和连接于电动机131的输 出轴的减速机构132。电动机131的高速转动被通过减速机构132减速，并且被减 速的转动被传递到弹簧筒112。减速机构132包括小的行星齿轮机构132a和固定 于减速机构132的输出轴的直齿齿轮132b。由于减速机构132是由行星齿轮机构 132a和直齿齿轮132b组合而成，可将减速机构132的输入部分和输出轴布置在公 共的第一轴线上，这样就可把这一轴线布置成平行于上述从第二箱体140b伸向发 动机的轴145。
还有，在这一实施例中，如图2中所示，电驱动段130的第一轴线是布置成大 致垂直于并低于重合于轴145的中心线的第二轴线。这可取消对反冲式机构的需 要。通过把通常是布置在动力储存段IIO和动力传递段120的下面的电池布置在开 关箱17内(见图l)，以及通过把电驱动段130布置在开关箱17里的空的空间内， 而开关箱17可布置在箱体140的外面并安装在例如工作机器的操作把手上，这也 可减小箱体140的轴向长度，并可使箱体140的宽度为最小。
这一实施例的行星齿轮机构132a包括第一到第三内齿轮132a-l到132a-3，它 们是环形的太阳齿轮。行星齿轮机构132a与电动机131 —起安装并固定在电动机 段储存箱134内。在第一和第三内齿轮132a-l和132a-3的圆周上成形有平行于转 动轴线延伸的突起132a， -1和132a' -3。在电动机段储存箱134的内表面成形有 几个配合槽134a-l，它们平行于各对应的突起132a， -1和132a' -3的轴线延伸并 接纳这些对应的突起132a，"和132a' -3。
在这一实施例中，电动机段储存箱134包括有底的圆筒体，其向与发动机相反 的那一侧敞开并分段为圆筒体134a和底134b。平行于第一轴线的突起134c和134d 分别成形在圆筒体134a的圆周表面(有配合槽134a-l)和底134b上。螺钉孔成形 在底134b的突起134d上，以及螺栓插入孔成形在圆筒体134a的突起134c上。行 星齿轮机构132a的突起132a' -1和132a' -3配合在电动机段储存箱134的上述构 造的各对应配合槽134a内，这样，电动机131和行星齿轮机构132a就被安装并固 定在电动机段储存箱134内。容纳电动机131和行星齿轮机构132a的电动机段储 存箱134被紧配并支承在成形在第一箱体140a上的电动机段紧配孔142内。在这 一情况中，安装在电动机段储存箱134内的电动机131和行星齿轮机构132a是用 几个螺栓和螺母(未示)紧固并固定在固定框135内，并使行星齿轮机构132a的
输出轴暴露于外面。直齿齿轮132b固定于行星齿轮机构132a的输出轴的前端，因 而被容纳并固定在电动机段储存箱134内。
按照本发明，小型电动机131对缓冲/动力储存段的减速比是设定为从1/30到 1/90。图3表示出由本发明的发明人进行的试验的结果。具体地说，图3表示出在 电动机被以这些减速比起动之后各个减速比和发动机起动所用的时间之间的关系。 试验是用设定八个减速比(1/30、 1/40、 1/50、 1/60、 1/70、 1/80、 1/90、和1/100) 以及用多个小型发动机进行的，这些发动机装有本发明的具有上述构造的发动机起 动装置，这些发动机起动装置是在实验的基础上制造的。用于起动这种型式的发动 机的八十三个试验操作员中的每一个用这种起动装置以给定的减速比起动了发动 机。在这一情况中，为了使动力从电动机131通过包括减速机构的动力传递系统传 递到动力储存段110，在电动机131被驱动之后发动机起动用了至少0.4秒。由于 这一原因，本发明的减速比的上限是设定为1/30。
发动机以八个对应的减速比起动所需要的时间分别约为(如图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。图4表示出 各对应的发动机起动所需时间和试验操作员的人数之间的关系，这些人数的操作员 在被问到对发动机起动所用的时间的印象时回答对应的时间是合适的。从这个图可 见，各个操作者还是很满意的，特别是，如果发动机能够在电动机131起动之后在 约0.4到1.3秒内起动。但是，如果发动机的起动用了 1.4秒，就没有人表示满意 了。考虑到这一试验的结果，已将本发明的减速比设定为1/30到1/90。
按照本发明，小型电动机131到弹簧筒112的减速比已设定为1/50。直齿齿轮 132b (它固定于行星齿轮机构132a的输出轴)到直齿齿轮113 (它成形在弹簧筒 的圆周上)的减速比已设定为1/2.5。由于这个原因，行星齿轮机构132a的减速比 已设定为1/20。可供例如六角扳手(未示)啮合的啮合部分133a成形在行星齿轮 机构132a的输出轴133 (也就是直齿齿轮132b的支承轴的端部)上。成形在第二 箱体140b的后壁上的扳手插入孔146的中心是在啮合部分133a的轴线上。
为把这一实施例的上述结构的各构成部件装配到一起而将这种发动机起动装 置容纳在箱体140内，应将第二箱体140b的轴145压入并固定在弹簧筒112的通 孔内，此前，应已将单向离合器114紧配在这个通孔内了。这时，可将盘绕弹簧 111的外端啮合并固定在外端固定槽(未示)内，这个槽成形在限定了弹簧筒112
的弹簧容纳空间的圆周壁上。接着，把盘绕弹簧111的内端啮合并固定在弹簧端头
固定部分121b上的内端固定槽内，这个弹簧端头固定部分121b成形在起动轮121 的中心。然后，把第二箱体140b的轴145插进间隙插入孔121a内，穿过弹簧端头 固定部分121b，以便有间隙。把紧固螺钉147拧入轴145的前端的螺钉孔，借以 把弹簧筒112和起动轮121装配到一起而容纳在第二箱体140b内。
为了组装电驱动段130而使其容纳在箱体140中，将直流电动机131和减速机 构132的行星齿轮机构132a和直齿齿轮132b先装配成组件。把成形在这一组件的 行星齿轮机构132a的圆周上的突起132a' -1和132a' -3装配并固定在内表面上的 配合槽142a内，这个内表面限定了成形在第一箱体140a上的电动机段紧配孔142。 然后，用四个螺栓28穿过成形在第一箱体140a的长方形窗口 141的四个对应角部 内侧的四个螺栓插入孔143，把这一组件紧固于曲轴箱27。与这一紧固动作的同时， 把电动机131定位并固定在曲轴箱27内的预定空间内。
在把第一箱体140a连同电驱动段130 —起固定于曲轴箱27之后，把螺钉28 穿过第二箱体140b上的螺钉插入孔147拧入第一箱体140a上的螺钉孔144。这样， 就把第二箱体140b连同与之装配到一起的动力储存段110和动力传递段120 —体 地固定于第一箱体140a。在把第二箱体140b固定于第一箱体140a时，啮合件122 的另一转动端122c啮合于成形在起动轮121的圆周上的棘齿123之一。在啮合件 122由毂部140a-l可枢转地支承着时，它的前端被扭力弹簧150压着而不能啮合于 棘齿123的任何一个齿，除非操作啮合件122的端头122a。
前已指出，在本发明的上述构造的电动式发动机起动装置100中，不必设置以 往按常规布置在箱体140里的反冲式驱动段和电池。此外，容纳动力储存段110 的盘绕弹簧111的弹簧筒112和动力传递段120的起动轮121支承在共同的轴145 上。构成电驱动段130的电动机131和构成减速机构132的行星齿轮机构132a和 直齿齿轮132b都是垂向地布置在轴145的下方并在平行于轴145的轴线上。此外， 电动机131和行星齿轮机构132a都是极小型的，因此可被紧凑地容纳在箱体140 里。这使得箱体140本身进而整个起动装置更为紧凑。
为了用发动机起动装置100起动发动机10，可接通把手上的起动开关20，从 而起动电动机131。随之，包括行星齿轮机构132a和直齿齿轮132b的减速机构132 使弹簧筒112以1/50的减速比向盘绕弹簧111的力储存方向转动。此刻，啮合件122不啮合于动力传递段120的起动轮121。但是，固定于曲轴25的啮合爪26啮 合于起动轮121的在发动机那一侧的啮合突起。
在弹簧筒112转动之后在将动力储存在盘绕弹簧111里的过程中，使储存的动 力释放的反作用力作用在盘绕弹簧111上，于是通过啮合爪26使曲轴25转动并使 发动机10开始压缩。但是，如果盘绕弹簧111的储存动力不足以超过压縮的最大 负荷，曲轴25就不会以足以开始压縮的转速转动。相反，在盘绕弹簧lll蓄积了 超过发动机10的最大压縮负荷的动力时，释放盘绕弹簧111的储存动力的力就有 余了。因而，起动轮121通过啮合爪26使曲轴25转动，于是，发动机10点火并 起动运转。按照这一实施例，在电动机131起动之后发动机10起动所用的时间仅 为0.7秒。
当发动机IO达到匀速转动时，由于发动机的离心力的作用，啮合爪26和起动 轮121的啮合突起互相脱离，从而允许发动机继续运转。在这时，由于减速机构的 减速比已经设定为1/50，这是极小的，所以发动机10起动所用的时间非常短，当 然这里还有本发明特有的电池的功劳。因此，发动机IO起动所需要的时间大致与 车辆上用的一般电池起动装置所需要的起动时间相同。
如图1中所示，当起动开关20被接通时，起动电动机131经受通过用作电池 保护电路的过度放电遏制电路的放电，从而起动电动机131。与此同时，如果温度 传感器(未示)测得发动机的爆发室的周围的温度低于预定的温度，空气/燃油比 控制电路就开始工作。于是，有电流流过带有自动节气门的化油器15的节气门线 圈15b，并且布置在化油器15a的进气道内的电磁阀(未示)打开，从而增加给小 型发动机10的供油量。如果发动机10的爆发室的周围温度超过预定的温度，切断 电路(未示)就切断流向节气门线圈15b的电流，而使电磁阀关闭。电磁阀在这时 的驱动电流最大为200到800mA。这一驱动电流也由电池组16供给。
过度放电遏制电路的基本功能如下预设足以用上述电动机131可靠地起动小 型发动机10的时间；在电动机131起动之后又过了那个预设时间时，电动机131 的驱动电路会自动地切断，从而使电动机131停止。图5表示出典型的定时电路之 一例，其采用电容器，该电容器构成这一实施例过度放电遏制电路A。自不待言， 过度放电遏制电路A不限于图5所示的定时限制电路。过度放电遏制电路A可以 与过热防止电路布置在一起。这样的过热防止电路可以按下述来进行设计。对电池组16的内部温度进行测量，当测得的温度数值超过预定的温度时，起动幵关自动 地断开，于是停止放电。或者，对起动电动机131时流过的电流值用时间进行积分 计算，把积分结果数值转换成热量，当这一热量超过设定的数值时，放电被自动地 停止。或者，可在电动机的转数超过设定的数值时，使放电自动地停止。
图5中，如果电动机131的起动开关20被接通，在a点就产生电压Vl。在电 容器C充电的过程中b点的电压V2继续升高。当电压V1和V2达到平衡时，"与 门"电路29发出信号。因而使先前闭合的电子开关30打开，从而使电动机131 停止。在这一情况中，电动机131从其起动到停止所用的时间T是由电容器C的 电容量来决定。
在这一实施例中，电动机131的驱动时间T已设定为10秒。如果起动开关20 被接通，而电动机131发生停转，并且引起来自电池组16的26A的电流流过电动 机驱动电路，那么电池组16里的电路就可能过热。结果，某些电路元件可能烧坏， 进而损坏电路。此外，如果线圈温度超过某一数值，电动机131可能被烧坏，导致 不能平稳运转。图6和7表示出为找出驱动时间、电压和电流之间的互相关系而进 行的实验的结果。
在电动机131停转的情况下，产生的从完全充电的电池组(8.4V)流出的26A 的电流流过电动机131历时15分钟。如图6中所示，电压和电流都随着时间减小。 图7表示出在与图6相同的条件下在产生的电流流过电动机131历时12秒时线圈 温度的变化。在这种型式的电动机中，覆盖线圈表面的绝缘薄膜的耐热温度极限通 常是18(TC。从图7可以理解，在产生的电流流过电动机131历时IO秒后，线圈 温度达到187°C，这一数值超过了绝缘薄膜的耐热温度。
在这一实施例中，用的是尺寸紧凑但输出和容量都大于常规电动机的小型电动 机，并且，在电动机和与发动机曲轴同步运动的动力传递段之间布置有缓冲/动力 储存段，以及在电动机和缓冲/动力储存段之间布置有减速机构。这使得这种小型 电动机能够以低达1/30到1/90的减速比把足够大的转矩传递给缓冲/动力储存段。 因此，能够有保证地蓄积足以起动发动机的动力。此外，在这一范围内的减速比使 得能够在极短的时间内起动发动机，例如在电动机起动之后0.4秒到1.3秒就能起 动发动机。因此，在这一时间范围内，起动发动机的操作者是不会不满意的。
并且，结构上的合理设计，就是电动机和减速机构的轴线与缓冲/动力储存段
和动力传递段的轴线都是平行于发动机的重力方向，可以减小这种发动机起动装置 的长度和宽度。这样的合理设计和小型电动机使得这种起动装置更为紧凑，同时能 防止发动机因装上这种起动装置而失去其侧向平衡。
权利要求
1.一种用于安装在手工工作机器上的小型发动机的起动装置，所述起动装置包括由电池驱动的小型电动机；缓冲/动力储存段，所述小型电动机的输出通过减速机构向着储存力的方向驱动地传递到所述缓冲/动力储存段；以及动力传递段，所述动力传递段把储存在所述转动动力储存段里的动力传递到发动机的曲轴，所述起动装置的特征在于所述减速机构的减速比是在1/30到1/90范围内；以及从所述小型电动机的起动开始，起动所述发动机所需要的时间是在0.4到1.3秒范围内。
2. —种手工工作机器，其特征在于，安装有如权利要求l所述的起动装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于小型发动机的起动装置，其能够在适当的起动时间内起动小型发动机，并通过合理的设计大大地减小了尺寸和重量。该起动装置具有小型电动机(131)和可充电电池。用容量相当大尺寸极小的多个可充电电池作为驱动小型发动机的动力源。减速比为1/30到1/90的减速机构(132)布置在电动机(131)和缓冲/动力储存段(110)之间。这种起动装置可在0.4到1.3秒的极短时间内起动发动机。在发动机的这一起动时间范围内，操作者不会有不舒服的感觉。
文档编号F02N99/00GK101375050SQ200680051948
公开日2009年2月25日 申请日期2006年2月1日 优先权日2006年2月1日
发明者小野凉 申请人:富世华智诺株式会社