專利名稱：蓄電池組、發(fā)動機起動裝置以及便攜式手操工作機器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池組，其中裝有緊湊的具有高輸出的電池，這種蓄電池組可驅(qū)動用于起動安裝在各種工作機器上的緊湊的發(fā)動機的超緊湊的電動機，所述工作機器包括例如攜帶式收割機、鏈鋸、剪草機、肩跨式收割機、電動噴灑機、發(fā)動機吹風機、吸塵器和樹籬修剪機，本發(fā)明還涉及由這種蓄電池組驅(qū)動的發(fā)動機起動裝置以及有這種發(fā)動機起動裝置的便攜式手操工作機器。
背景技術：
目前，用于起動安裝在諸如廣泛應用的收割機和鏈鋸之類的便攜式手操工作機器上的緊湊的空氣冷卻式汽油發(fā)動機的發(fā)動機起動裝置大都包括一個卷繞式的驅(qū)動部分；一個通過諸如離心離合器之類的連接/脫接裝置連接于發(fā)動機的曲軸的從動部分；以及，一個沖擊吸收-動力蓄積部分，這個動力蓄積部分設置在所述驅(qū)動部分和所述從動部分之間以吸收所述驅(qū)動部分的驅(qū)動力并且包括一個盤卷彈簧，該彈簧用于把力彈性地蓄積在所述從動部分和所述沖擊吸收-動力蓄積部分之間。卷繞式驅(qū)動部分包括一個有卷繞繩索繞在其上的卷繞輪和一個設置在卷繞輪和殼體之間的盤卷彈簧。盤卷彈簧的內(nèi)端和外端分別固定于卷繞輪和殼體。在用手向外拉卷繞繩索時卷繞輪就向一個方向轉(zhuǎn)動，同時盤卷彈簧卷緊而蓄積彈簧力，并且，在這一狀態(tài)時如果操作者的手放開卷繞繩索盤卷彈簧蓄積的彈簧力就釋放，卷繞繩索也會自動地繞回到卷繞輪上。
對于卷繞式的驅(qū)動部分，每當要起動發(fā)動機時需要進行向外拉卷繞繩索的操作，這通常需要把繩索快速地向外拉出許多。照這樣，如果操作者力氣不大或年老無力，或者，如果可用空間不夠大，在許多情況下進行一次拉繩操作不能起動發(fā)動機。因此，迄今已經(jīng)提出了許多便于用拉繩操作起動發(fā)動機的建議，而且其中某些建議是商業(yè)上實用的，但是拉繩操作本身的繁瑣性質(zhì)仍未改變。近來，緊湊的電動機和電池技術取得了明顯的進步，它們尺寸雖小但能力很大。近年來，人們已把注意力投放到輕輕撥動一個開關就能起動發(fā)動機的電動式發(fā)動機起動裝置，以避免卷繞式發(fā)動機起動裝置的麻煩的操作，因此，開發(fā)這種電動式發(fā)動機起動裝置是符合需要的。
日本實用新型公開公報63-110672揭示了這樣的一種電動式緊湊的發(fā)動機起動裝置。那種起動裝置包括一個由電池供電并驅(qū)動的直流電動機；一個有盤卷彈簧盒的盤卷彈簧，該盤卷彈簧盒可由固定于電動機的輸出軸的蝸輪驅(qū)動而把盤卷彈簧卷緊；一個輸出轉(zhuǎn)動軸，盤卷彈簧的內(nèi)端固定于該輸出轉(zhuǎn)動軸；一個通過單向離合器連接于所述輸出轉(zhuǎn)動軸的發(fā)動機轉(zhuǎn)動軸；一個可使所述輸出轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動停止或釋放這種停止的扳轉(zhuǎn)杠桿；一個聯(lián)動的電開關，只有在所述杠桿釋放了對所述輸出轉(zhuǎn)動軸的止動作用時這個開關才能被操作；以及，一個電樞電流控制電路，一操作所述電開關時該電路就由一個馬達驅(qū)動。該電樞電流控制電路可保持電動機的轉(zhuǎn)動，即使在電動機的轉(zhuǎn)動軸的速度超過設定的轉(zhuǎn)動速度時也能如此而卷緊所述盤卷彈簧，并且在盤卷彈簧的卷緊動作完成了時如果轉(zhuǎn)速變成了低于設定的轉(zhuǎn)速供電就被切斷，于是電樞電流控制電路使電動機停止轉(zhuǎn)動。
日本專利公開公報2002-285940揭示了一種起動器裝置。在這種起動器裝置中，在一個驅(qū)動部分和一個從動部分之間的動力傳遞系統(tǒng)的中間部分插裝了一個沖擊吸收-作用力蓄積裝置。驅(qū)動部分是一個作為驅(qū)動源的電動機。一個連接并固定于電動機的輸出軸的蝸桿和一個設置在盤卷彈簧盒的外圓周上的蝸輪構成一個減速機構。這種構造基本上與日本實用新型公開公報63-110672揭示的構造相同。除電動機之外，驅(qū)動側還附加有一個卷繞式驅(qū)動部分。那個卷繞式驅(qū)動部分包括一個卷繞輪，其上卷繞有卷繞繩索；一個盤卷彈簧，它力圖使卷繞輪反向轉(zhuǎn)動而把繩索卷繞在卷繞輪上；以及，一個卷繞棘輪機構，用于把卷繞輪的轉(zhuǎn)動傳遞到?jīng)_擊吸收-作用力蓄積裝置。盤卷彈簧盒由單向離合器帶動只能向一個方向轉(zhuǎn)動。從這種構造，可以說，日本專利公開公報2002--285940的起動器不過是日本實用新型公開公報63-110672和已知的卷繞式機構的一種組合。
日本專利公報2573340揭示了一種有一單個框架的盤卷彈簧式起動裝置。該框架內(nèi)裝有一電池、可由電池驅(qū)動的直流電動機、用于控制電動機的運轉(zhuǎn)和停止的控制裝置、用于傳動電動機的驅(qū)動力的高減速比減速機構、可由高減速比減速機構傳動的盤卷彈簧作用力蓄積裝置以及僅用于把作用力蓄積裝置的力傳遞到發(fā)動機曲軸的動力傳遞裝置。高減速比減速機構包括第一級行星齒輪減速器和第二級減速器，第一級減速器由設置在平行于曲軸的另一個軸線上的直流電動機驅(qū)動，而第二級減速器中的、設置在第一級減速器的輸出軸上的一個傳動齒輪嚙合于一個從動齒輪，該從動齒輪是與作用力蓄積裝置的彈簧作用力蓄積室的外周構成為一體。
按照日本實用新型公開公報2-13171，一個盤卷彈簧盒由設置在發(fā)動機曲軸的相反側的行星齒輪減速器的支承系統(tǒng)支承著而可樞轉(zhuǎn)，這使盤卷彈簧盒可向一個方向轉(zhuǎn)動。盤卷彈簧盒由行星齒輪減速器驅(qū)動而低速轉(zhuǎn)動，行星齒輪減速器是連接于包括一個小齒輪和一個大齒輪的一對減速正齒輪，其中大齒輪固定于安裝在一個外殼里的直流電動機的輸出軸。由于棘爪和盤卷彈簧盒外周上的棘齒之間的嚙合，盤卷彈簧盒只能向一個方向轉(zhuǎn)動。一個起作用的棘輪和一個起作用的棘爪設置在盤卷彈簧盒上，在曲軸那一側。當棘輪和棘爪的嚙合脫開時，棘輪可轉(zhuǎn)動。一個起動器棘輪裝配于那個起作用的棘輪。那個起動器棘輪嚙合于安裝在曲軸上的一個離心離合器的離合爪。
盤卷彈簧盒的外周與一個棘輪成形為一體。一個直徑小的棘輪嚙合于盤卷彈簧盒的上端?？梢詮耐饷嬗檬謸u曲拐轉(zhuǎn)動固定于直徑小的棘輪的轉(zhuǎn)動軸。在發(fā)動機的正常工作過程中不把手搖曲拐插上去，并且直徑小的棘輪處于惰轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果起動操作失敗了并且試圖再次卷緊盤卷彈簧，可把手搖曲拐插進直徑小的棘輪的轉(zhuǎn)動軸后轉(zhuǎn)動盤卷彈簧盒，使盤卷彈簧蓄積作用力。在要起動發(fā)動機時，操作起作用的棘輪而釋放盤卷彈簧的蓄積能量，從而使起動器的棘輪轉(zhuǎn)動而起動發(fā)動機。
日本實用新型公開公報63-110672、日本專利公開公報2002-285940、日本專利公報2573340和日本實用新型公開公報2-13171揭示的發(fā)動機起動裝置中，用作動力源的電池是所謂鎳鎘電池或鎳氫電池，以上各文件中沒有說明電池的放置空間。但是，在許多情況中，這樣的電池是裝在起動裝置里，如日本專利公報2573340和日本實用新型公開公報2-13171中所述，如果不是這樣，那么可增大普通電池的總容量，于是，在許多情況中，可把電池放置在起動裝置附近的專門空間里。還有，如果用于卷緊設置在發(fā)動機和發(fā)動機起動電動機之間的作用力蓄積裝置的盤卷彈簧的電動機所需要的電能從電池獲得，那么自然需要許多鎳鎘電池或鎳氫電池。這樣就限制了起動裝置的尺寸和重量的減小。
按照日本實用新型公開公報63-110672，通過直接連接于電動機的蝸桿和成形在盤卷彈簧盒外周上的蝸輪之間的嚙合可使盤卷彈簧盒向一個方向轉(zhuǎn)動。所以，盤卷彈簧盒不能逆轉(zhuǎn)，但是在采用蝸桿和蝸輪之間的嚙合狀態(tài)的動力傳遞機構中，電動機的輸出軸的方向和盤卷彈簧盒的轉(zhuǎn)動傳動軸的方向互相以直角相交，因此效率很低(約為60％)，并且在設計上起動裝置的尺寸無法減小。按照日本實用新型公開公報63-110672的發(fā)動機起動裝置，當電池的電量耗盡或電動機損壞了時，發(fā)動機起動裝置本身不能再工作。
按照日本專利公開公報2002-285940，在應急時可用卷繞式驅(qū)動機構手動地驅(qū)動盤卷彈簧盒，整個裝置就好像是這樣一個裝置，其中，就像電動機一樣，減速機構附加于普通的卷繞式發(fā)動機起動裝置，并且由于減速機構包括蝸桿和盤卷彈簧盒上的蝸輪，電動機的軸和盤卷彈簧盒的支承軸需要互相以直角相交，這就難以減小整個裝置的尺寸。
按照日本專利公報2573340，在電動機和盤卷彈簧盒之間設置了高減速比減速機構，與自起動器型式的裝置相比電動機的容量和電池的容量降低到1/10和1/6，即使設置蓄電池這也是實用的，但是，減速比設定得高達1/250到1/300。這樣，需要用很長的時間才能使盤卷彈簧盒轉(zhuǎn)動到使盤卷彈簧蓄積預定的積蓄的力。所以，在那種發(fā)動機起動裝置中給盤卷彈簧設置了一個自動卷緊控制裝置，每當用控制裝置的控制電路進行起動操作時力蓄積彈簧就自動進行力的蓄積動作，對盤卷彈簧的卷緊時間和動作進行檢測，自動停止對電動機的供電，從而縮短重新起動操作的等待時間。這樣，這個裝置變得很復雜，其成本自然就增高了。
按照日本實用新型公開公報2-13171，在電動機變成不能工作狀態(tài)時，用手搖曲拐通過直徑小的棘輪來轉(zhuǎn)動盤卷彈簧盒來把盤卷彈簧卷緊以使盤卷彈簧有積蓄的力，再把手搖曲拐拔出來，而后操作起作用的棘輪，借以釋放盤卷彈簧的蓄積能量，使起動器的棘輪轉(zhuǎn)動而起動發(fā)動機。但是，直徑小的棘輪在發(fā)動機轉(zhuǎn)動的過程中空轉(zhuǎn)。還有，由于電動機的軸、盤卷彈簧盒的軸、直徑小的棘輪的軸和棘爪的軸是互相平行的，這妨礙了這種發(fā)動機起動裝置的緊湊設計。
本申請人以前在日本專利公開公報2004-232139中提出了一種電動式發(fā)動機起動裝置，其中取消了一些不必要的零部件，在合理設計下那種發(fā)動機起動裝置最終減小了尺寸和重量，而且在應急時可以手動起動發(fā)動機。
就基本構造來說，那種發(fā)動機起動裝置包括一個由電池驅(qū)動的緊湊的電動機；一個動力蓄積部分，緊湊的電動機的動力被通過一個高速比的減速機構沿著動力蓄積方向傳遞給這個動力蓄積部分；以及，一個動力傳遞部分，它用于把動力蓄積部分所蓄積的作用力傳遞到發(fā)動機的曲軸，那種發(fā)動機起動裝置還包括一個彈簧和一個支承著彈簧的一端的轉(zhuǎn)動支承件，彈簧可以是盤卷彈簧或圓柱形卷繞彈簧，在用盤卷彈簧時，轉(zhuǎn)動支承件包括盤卷彈簧盒，而如果彈簧是圓柱形卷繞彈簧，則可以用普通的齒輪。
支承件成形為帶有一個第一齒輪，一個第二齒輪是固定于高速比的減速機構的輸出軸，第一齒輪和第二齒輪互相嚙合，那種發(fā)動機起動裝置還包括一轉(zhuǎn)動阻止裝置，所述動力蓄積部分或動力傳遞部分設置在該裝置內(nèi)，在常態(tài)時所述動力蓄積部分或動力傳遞部分被允許向積蓄的力釋放方向轉(zhuǎn)動，而在電動機處于不能工作狀態(tài)時被阻止向積蓄的力釋放方向轉(zhuǎn)動，并且，該發(fā)動機起動裝置還包括一個設置在高速比的減速機構的輸出軸的軸線上的一轉(zhuǎn)動操作機構，該機構可以嚙合于和脫離于輸出軸的軸端，并且用手可通過它轉(zhuǎn)動輸出軸。高速比的減速機構是一個行星齒輪減速機構，動力蓄積部分或動力傳遞部分的轉(zhuǎn)動軸線位于曲軸的同一軸線上，緊湊的電動機的轉(zhuǎn)動軸和高速比的減速機構的轉(zhuǎn)動軸設置為平行于曲軸，并且用正齒輪作為第一和第二齒輪。
如上所述，日本實用新型公開公報63-110672、日本專利公開公報2002-285940、日本專利公報2573340和日本實用新型公開公報2-13171中揭示的緊湊的發(fā)動機起動裝置的機械問題都由日本專利公開公報2004-232139解決了，但是在怎樣用緊湊的電池平穩(wěn)、可靠和安全地驅(qū)動緊湊的發(fā)動機起動裝置方面仍然存在著一個問題，就是，為了減小整個工作機器的尺寸和重量，電池不僅對于起動發(fā)動機是重要的，而且電池本身也是重要的，電池還要能驅(qū)動點火電路和發(fā)動機的供油控制電路，電池要有足夠的放電容量，并且其尺寸和重量應減小。
除日本實用新型公開公報63-110672、日本專利公開公報2002-285940、日本專利公報2573340和日本實用新型公開公報2-13171中揭示的發(fā)動機起動裝置之外，作為裝有這種緊湊的發(fā)動機的工作機器的起動裝置的動力源，如上所述，廣泛地采用鎳鎘電池或鎳氫電池。標準的緊湊的電池一般是1.2V的。為了驅(qū)動發(fā)動機起動裝置的緊湊的電動機，至少需要7.2V。這樣，在理論上，用6個標準的電池串聯(lián)就能驅(qū)動緊湊的電動機。但是，為了能理想地起動電動機需要多用幾個電池，但是這些電池的體積太大以至于無法容納在設置在工作機器的操縱輪里的一個開關盒里，自然，這些電池必須放置在起動裝置里或其它專門的位置，并且為了減小電池的尺寸和重量，其不能超出允許的范圍。即使用堿性電池或氧化物電池(1.5V)，由于那類電池的內(nèi)阻很高，也需要用至少6個電池串聯(lián)來達到所需的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
這樣，本發(fā)明的一個目的是提供一種高性能的緊湊、輕巧且安全的蓄電池組，其能夠適用于工作機器的緊湊的發(fā)動機起動裝置并且有很高的輸出。
本發(fā)明的目的將通過提供一種蓄電池組(pattery pack)來有效地達到，這種蓄電池組可用于驅(qū)動安裝在工作機器上的緊湊的發(fā)動機起動裝置的緊湊的電動機，這種發(fā)動機起動裝置包括一個緊湊的電動機；一個動力蓄積部分，在其中緊湊的電動機的動力被通過一高速比減速機構向動力蓄積方向傳遞；以及，一個動力傳遞部分，該傳遞部分能夠把動力蓄積部分的積蓄的力(accumulated force)傳遞到一發(fā)動機的一曲軸，其中，蓄電池組里設置有包括至少兩個電池的一鋰基二次電池、一常規(guī)的自放電阻止電路、一過電流防止電路以及一保護電路，該保護電路包括諸如一過度充電防止電路、一過度放電禁止電路和一起動開關繼電器電路的一電子電路，這些電路都連接于鋰基二次電池。
較佳的是，過度放電禁止電路是一個時間電路(time circuit)，并且驅(qū)動發(fā)動機起動電動機所需要的連續(xù)放電時間設定為從開始放電起經(jīng)過5到15秒時連續(xù)放電自動停止。
較佳的是，蓄電池組里的鋰基二次電池的總放電量是500到2000mAh，以及，每一電池的放電電壓是3.0到4.2V。
較佳的是，蓄電池組里的鋰基二次電池的最大放電電流設定為10到60A，并且當經(jīng)過了根據(jù)所設定的最大放電電流設定的預定連續(xù)放電時間時放電過程自動停止。
較佳的是，蓄電池組的體積是2.5×104到1.0×105mm3。
較佳的是，當每一電池的放電電壓超過4.0到4.4V時，過度充電防止電路就把放電切斷。較佳的是，蓄電池組還包括一過熱防止電路，其中的保護電路可檢測蓄電池組的內(nèi)部溫度，并且當檢測到的溫升達到預定的溫度時，不管過度放電禁止電路的設定放電時間區(qū)間是多少，一個電子開關就自動斷開。
本發(fā)明還提供了一種緊湊的發(fā)動機的起動裝置，其中設置有一個緊湊的電動機，該電動機可由一個鋰基二次電池的蓄電池組所驅(qū)動；一個動力蓄積部分，在其中緊湊的電動機的動力被通過高速比減速機構向動力蓄積方向傳遞；以及，一個動力傳遞部分，該傳遞部分能夠把動力蓄積部分的積蓄的力傳遞到發(fā)動機的曲軸。
較佳的是，蓄電池組是整體地布置在便攜式手操工作機器的一操縱輪的一開關盒里。
較佳的是，緊湊的電動機的體積是4.0×103到8.0×104mm3，擊穿電流是1到100A，破壞轉(zhuǎn)矩是10到500mNm。
較佳的是，所述起動裝置還包括一個具有由一電磁閥操作的一自動節(jié)氣門的一化油器，電磁閥由鋰基二次電池驅(qū)動，電磁閥的驅(qū)動電流是200到800mA。
在有這種發(fā)動機起動裝置的便攜式手操工作機器上，較佳的是，發(fā)動機包括一個用于給鋰基二次電池充電的動力發(fā)電機，該動力發(fā)電機包括設置在發(fā)動機的一轉(zhuǎn)動部分上的一磁鐵以及設置在該磁鐵的相對位置上的一發(fā)電線圈。
較佳的是，發(fā)動機的所述轉(zhuǎn)動部分是一個固定于曲軸的風扇。
按照本發(fā)明，為了減小構成起動裝置的各個構件的尺寸，采用鋰基二次電池作為電池，它的尺寸比其它類型的干電池小得多，其性能也比其它類型的干電池好。本發(fā)明中，作為電源的電池的總容量只需要具有這樣的放電容量，即能驅(qū)動發(fā)動機的起動電動機、驅(qū)動電池的保護電路、驅(qū)動有自動節(jié)氣門的化油器的電磁閥、以及電子電路所需要的放電容量。
在一個較佳實施例中，需要的放電容量是1000mAh。一個電池的輸出電壓是3.8V，如果用兩個電池輸出電壓就是7.6V，即使把發(fā)動機起動電動機的電流設定為10到60A，這個容量也足以同時用于其它各項驅(qū)動。本發(fā)明的作為安裝在工作機器上的緊湊的發(fā)動機起動裝置的電源的鋰基二次電池具有足以起動發(fā)動機的容量，它的體積非常小，即使把電池結合在起動裝置里，與常規(guī)技術的起動裝置相比這種起動裝置也是緊湊的。
如上所述，鋰基二次電池的內(nèi)阻極小，只有普通干電池的1/30，它的重量能量密度和體積能量密度是普通干電池的2-3倍，這適于減小尺寸和重量。鋰基離子可充電電池不含有對環(huán)境有害的物質(zhì)，它沒有像鎳鎘電池那樣的記憶效應，它的自放電很小，并且它的容量能保持很長時間。本發(fā)明中，用各種保護電路確保安全，可以得到高輸出，因此最好是用錳鋰基離子可充電電池。
為了用預定的容量和轉(zhuǎn)矩驅(qū)動發(fā)動機起動電動機，除減小電池的尺寸和重量之外，還必須使電池本身的充放電率比普通電池的大。通過增大充放電率，可以在長時間里保持以大電流進行穩(wěn)定的放電。這種鋰基二次電池的充放電率通常為3到5C，但在本發(fā)明中，鋰基二次電池的充放電率為26C或更高，在用1000mAh放電容量的情況下放電電流可為26A或更高。
作為破壞轉(zhuǎn)矩保護電路(breakdown torque protection circuit)之一，本發(fā)明包括一個專門的過度放電禁止電路(overdischarge inhibit circuit)，在這個電路上設定驅(qū)動發(fā)動機起動電動機所需要的時間，經(jīng)過這一設定的時間之后就自動停止對電動機的驅(qū)動。由于設置了這個過度放電禁止電路，可以防止功率消耗為最大的電動機驅(qū)動電流的過熱，因而可延長電池的使用壽命。該過度放電禁止電路不僅能防止電動機驅(qū)動電流的過熱，也能限制各個電流里的元件的過熱，防止各個電路的燒壞和著火。在過度放電禁止電路的一個較佳實施例中，把一個眾所周知的所謂時間電路和電子開關結合到該過度放電禁止電路里?？梢愿鶕?jù)時間電路和電子開關，預先設定電動機起動后起動發(fā)動機所需要的時間，在經(jīng)過了預設定的時間之后自動地使電動機停機。
電動機起動后起動發(fā)動機所需要的恰當?shù)臅r間段是5到15秒。為了能更可靠地防止電動機驅(qū)動電路的過熱，設置了一過熱防止電路。在該過熱防止電路中檢測了電池的溫度，即使在設定的時間段里，如果溫升超過允許值10℃，電子開關就閉合。除上述功能之外，根據(jù)過度放電禁止電路，甚至在電動機處于失速狀態(tài)時(所謂失速狀態(tài)是指由于某種原因電動機在通電時卻停轉(zhuǎn)了)，由于電池的放電被在上述時間段內(nèi)停止了，電動機也不會因過熱而卡死，其耐久性就增強了。
本發(fā)明中采用的蓄電池組的體積是5.5×104到1.0×105mm3，其重量約為80g，可以說，蓄電池組非常小而輕。由于蓄電池組非常小而輕，可把蓄電池組就裝在發(fā)動機起動裝置的殼體里，但也可把蓄電池組裝在例如工作機器的操縱輪上的開關盒里。在把蓄電池組裝在開關盒里的情況中，由于電池遠離發(fā)動機因而少受振動和少受熱，并且由于電池遠離汽油箱，故可確保安全也容易更換。可以取消日本專利申請2004-232139中提出的那種卷繞式的驅(qū)動機構，起動裝置的外部尺寸可大大減小，其重量也可降低。
也就是說，電池和起動開關不是安裝在起動裝置里而是布置在工作機器的操縱輪上的開關盒里。發(fā)動機起動裝置的動力蓄積部分和動力傳遞部分的兩個轉(zhuǎn)動支承軸的第一軸線與電動機和高速比減速機構的兩個轉(zhuǎn)動軸的第二軸線互相平行，并且第一軸線和第二軸線是在同一平面上。在這種情況中，如果考慮起動裝置的重量平衡，包括第二軸線和發(fā)動機的第一軸線的平面應是一個垂向表面。用這種設計可減小起動裝置的軸向尺寸，可使各個構成零部件的布置空間為最小，并容易達到重量平衡。當然，由于零部件的數(shù)目減少了，相應地重量也大大減小了。
在采用行星齒輪減速機構作為高速比減速機構時容易減小機構的尺寸，在采用有高輸出的鋰基二次電池作為電池以及采用有高轉(zhuǎn)矩的緊湊的電動機時減速機構的減速比不必像日本專利公開公報2002-285940中所述的那樣高達1/250到1/300，而是即使減速比低到1/50，也能達到足夠好的效果，而且發(fā)動機的起動時間、即動力蓄積部分蓄積到預定的力所需要的時間可以大大縮短。
在蓄電池組除包括過度放電禁止電路之外還包括諸如過度充電防止電路和過電流防止電路等電子電路時，可以防止由放電引起的電池過熱以及防止由過電流引起的外圍設備的著火。由于有包括行星齒輪的減速機構置于其間，緊湊的電動機的容量和轉(zhuǎn)矩足以卷緊乃是力蓄積裝置的盤卷彈簧，盡管殼體體積只有4.0×103到8.0×104mm3。如果設置一個有自動節(jié)氣門的化油器，在驅(qū)動電動機時，若發(fā)動機的溫度等于或低于預定的溫度，可由電池給節(jié)氣門的電磁閥通電以改變空氣/燃油比，把燃油含量增加到恰當?shù)臄?shù)值。
如果工作機器的發(fā)動機的起動裝置有上述構造和特性，電池就不會耗盡，在起動發(fā)動機時總是能夠進行必要的放電，而能夠順利地起動發(fā)動機。本發(fā)明中，采用的鋰基二次電池用動力發(fā)電機充電時，如果放電電壓超過4.0到4.4V，電池的內(nèi)電阻就會急劇增大，因而電池的容量恢復比將大大降低。為防止這種情況，給蓄電池組設置了專用的過度充電防止電路，防止過度充電就可以提高電池的使用壽命。如果把動力發(fā)電機的磁鐵設置在固定于發(fā)動機曲軸的風扇的圓周表面上，發(fā)動機一起動磁鐵就隨之轉(zhuǎn)動，再設置固定的發(fā)電機線圈就可以了，不必增加常規(guī)的發(fā)動機機體本身的尺寸。本發(fā)明能夠產(chǎn)生的效果和效益將是相當大的。


圖1是本發(fā)明的緊湊的發(fā)動機起動裝置與蓄電池組之間的接線圖；圖2是基于連接電路的一個具體接線例子的示意性立體圖；圖3是本發(fā)明的這一實施例的緊湊的發(fā)動機起動裝置與蓄電池組之間的電路圖；圖4是表示過度放電禁止電路的一個典型例子的電路圖，這個電路是設置在蓄電池組里的保護電路之一；圖5是表示電動機失速時的電壓-電流特性的一個曲線圖；圖6是表示電動機失速時的繞組的溫度特性的一個例子的曲線圖；圖7是一個示例性的繼電器電路的電路圖，它是設置在本發(fā)明的蓄電池組里的保護電路之一；
圖8是表示蓄電池組里的內(nèi)部電路的電流-時間-溫度特性的曲線圖；圖9是表示蓄電池組里的內(nèi)部電路關斷機構的電路圖；圖10是一種改型的關斷機構(shut-off mechanism)電路圖；圖11是表示鋰基二次電池的容量維持比(capacity maintaining ratio)和內(nèi)阻增加比的特性的曲線圖；圖12是有本發(fā)明的蓄電池組的緊湊的發(fā)動機起動裝置的立體裝配圖；圖13是發(fā)動機起動裝置的動力蓄積部分、動力傳遞部分和電驅(qū)動部分的一部分的分解立體圖；圖14是嚙合/脫離裝置的正視圖，從后面看此時它嚙合于動力傳遞部分；圖15是嚙合/脫離裝置的正視圖，從后面看此時它未嚙合于動力傳遞部分；圖16是從前面觀看的動力傳遞部分的傳動輪的立體圖；以及圖17是這一實施例的一種改型的放大的分解立體圖。
具體實施例方式
下面參照附圖具體地說明本發(fā)明的代表性實施例。
圖1是本發(fā)明的安裝在一個工作機器里的緊湊的發(fā)動機的混合式自起動器的起動電路的電路圖。圖2表示緊湊的發(fā)動機和裝在一個開關盒里的電池之間的具體接線的立體圖，這個開關盒是附加在工作機器的操縱輪上。
與圖2所示的普通發(fā)動機一樣，這一實施例的緊湊的發(fā)動機10包括一氣缸11、面對氣缸11的燃燒室的一火花塞12、一活塞(未圖示)、一曲軸(未圖示)、固定于曲軸的一風扇13以及設置在風扇13的后側(圖2中的前側)的一離心離合器(未圖示)。
如圖1和3所示，除上述零部件外，這一實施例的發(fā)動機10還包括用于給電池充電的一動力發(fā)電機14，電池是用于驅(qū)動發(fā)動機起動電動機131的動力源，這將在下面說明；以及，具有自動節(jié)氣門的一化油器15，在起動發(fā)動機時自動節(jié)氣門可調(diào)節(jié)空氣/燃油比。動力發(fā)電機14包括固定于風扇13的圓周表面的一部分的一第一磁鐵13a以及一個面對磁鐵13a的轉(zhuǎn)動表面的一放電線圈14a。一個電磁閥(未圖示)安裝在有自動節(jié)氣門的化油器15上。在起動發(fā)動機時節(jié)氣門線圈15b不給電磁閥通電，電磁閥處于關閉狀態(tài)，但是在起動發(fā)動機時操作起動開關的同時有來自蓄電池組16的電流流過節(jié)氣門線圈15b，而將電磁閥打開。電磁閥的打開和關閉程度控制著空氣/燃油比。按照這一實施例，在發(fā)動機的燃燒室附近設置了一個溫度傳感器(未圖示)，根據(jù)傳感器檢測到的溫度控制閥門的開啟。
本發(fā)明中，布置在發(fā)動機10里的各種電的或電子的器件，諸如發(fā)動機起動電動機131，都由一單個電池驅(qū)動或操作。本發(fā)明中，重要的是用一個鋰基二次電池作為電池。如上所述，鋰基二次電池尺寸小重量輕，單個小型鋰基電池的輸出電壓是普通鎳鎘電池的3倍或更高，并且，即使重復地進行不是深度的充電和放電，諸如本發(fā)明的自起動器系統(tǒng)的工作情況，由于不存在容量降低的記憶效應，即使電池放置一段長時間不用也能用電池順利地起動發(fā)動機。鋰基二次電池的自放電量極小，僅為鎳鎘電池的1/5，而且，特別是與包括鎳鎘電池的其它類型干電池相比鋰基二次電池的內(nèi)阻很低。最好是采用安全性好并能給出高輸出的錳基鋰離子電池(manganese-based lithium ion battery)。
在這一實施例中，用兩個鋰基可充電電池構成一組。在這一實施例中，一個電池的輸出電壓約為4.2V，放電容量是1000mAh，它的充放電率高達26C。還有，蓄電池組16的體積只有2.5×104mm3，其重量僅約為70g。用在這一實施例中的小型電動機131的殼體體積只有2.0×104mm3，擊穿電流是1到100A，破壞轉(zhuǎn)矩高達100mNm。為了驅(qū)動電動機131，需要用約7.6-8.0V或更高的電源。這樣，為了起動發(fā)動機可用兩個電池構成一個蓄電池組。若是用1.2V的鎳鎘電池，為了達到約7.0V的電壓，就需要至少6個電池。這一實施例的電池包括一單個包裝的電池，該單個包裝的電池包括具有兩個電池和多種電子電路的鋰基二次電池。電子電路包括下文將說明的電池保護電路、電池充電電路和用于驅(qū)動發(fā)動機的各個電路。鋰基二次電池的充放電率很高。在這一實施例中，電池的總的放電容量設定為1000mAh，驅(qū)動電動機131的驅(qū)動電流設定為26A。
這一實施例的包裝的電池非常薄，以至該蓄電池組16可以裝在起動裝置的殼體里，但在這一實施例中，蓄電池組是可拆出地放置在開關盒17里，而開關盒17是安裝在工作機器的操縱輪上，這將在下文說明。這樣，如圖2所示，發(fā)動機10的各個電器件和蓄電池組16是用許多導線連接于接線器的第一接線器19a和第二接線器19b。圖3示意地表示出連接電路的一部分。
在圖1-3中，如果把起動開關20扳到接通(ON)位置，電池的電就通過乃是電池保護電路之一的過度放電禁止電路進入發(fā)動機起動電動機131，于是電動機131被驅(qū)動。與此同時，當溫度傳感器(未圖示)檢測到發(fā)動機燃燒室周圍的溫度低于預定的溫度時，空氣/燃油比控制電路就開始工作，電流流過化油器15的節(jié)氣門線圈15b，設置在化油器15的進氣通路上的電磁閥(未圖示)被打開，供給發(fā)動機10的燃油增加。當發(fā)動機10的燃燒室周圍的溫度超過預定的溫度時試圖流向節(jié)氣門線圈15b的電流被一個關斷電路關斷，于是電磁閥被關閉。那時，電磁閥的驅(qū)動電流低到200到800mA。這一驅(qū)動電流也是來自蓄電池組16。
過度放電禁止電路A是本發(fā)明的最具特征的構造之一，它的基本功能是預先設定通過驅(qū)動電動機131可靠地起動發(fā)動機10所需要的足夠長的時間，在發(fā)動機起動電動機131被通電到預定的時間時能夠自動地關斷發(fā)動機起動電動機131的驅(qū)動電路，而使電動機131停止運轉(zhuǎn)。圖4表示出典型的時間電路的一個例子，它是采用電容器構成過度放電禁止電路A。當然，這種過度放電禁止電路A不限于圖4所示的時間電路，而是既設置了過度放電禁止電路又設置了過熱防止電路。過熱防止電路可檢測例如蓄電池組16的內(nèi)部溫度，當檢測到的溫度超過預先設定的溫度時，就自動地斷開驅(qū)動電路而關斷電池的放電，或者，把流過起動電動機131的電流值與驅(qū)動時間結合起來，把數(shù)值轉(zhuǎn)換成熱量，而當熱量超過設定的數(shù)值時自動地關斷放電，或者，當電動機的轉(zhuǎn)數(shù)超過預先設定的數(shù)值時自動關斷放電。
在圖4中，如果把電動機131的起動開關20扳到接通(ON)位置，a點的電壓就變?yōu)閂1，電壓V2保持升高，而同時電容器C1在b點放電。如果在那一時刻電壓V1和電壓V2互相匹配，一個信號就從“與門”電路29發(fā)出，閉合著的電子開關30被打開，于是電動機131停轉(zhuǎn)。從電動機131開始轉(zhuǎn)動到其停止的時間T由電容器C1的容量來決定。
在這一實施例中，電動機131的連續(xù)驅(qū)動時間設定為10秒。如果電動機131失速了并且起動開關20被扳到接通位置以及來自蓄電池組16的26A的電流流過電動機驅(qū)動電路，那么蓄電池組16的內(nèi)部電路就會過熱，于是電路元件的一部分就被燒壞，電路也隨之被毀壞。如果繞組的溫度超過某一數(shù)值電動機131也會被燒壞，電動機就不能平滑地運轉(zhuǎn)。圖5和6表示出進行的實驗的結果。
在電動機131處于失速狀態(tài)時，允許由充滿電的蓄電池組(8.4V)產(chǎn)生的26A的電流流過電動機131的時間是15秒。其結果是，如圖5所示，電壓和電流都隨著時間降低。圖6表示出在同樣條件下電流流過電動機131的時間為12秒時繞組溫度的變化。通常，在這種電動機中包覆繞組表面的絕緣薄膜的耐熱極限是180℃。從有關附圖可以理解在電流開始流過10秒之后溫度升高到187℃，溫度超過了絕緣薄膜的耐熱極限。
在這一實施例中，除過度放電禁止電路和過熱防止電路之外，還在蓄電池組里設置了一個繼電器電路，它也是本發(fā)明的特征部分之一。圖7表示的就是繼電器電路。本發(fā)明的繼電器電路可保護起動開關。這一電路不是激勵型的而是包括一個三極管電路，因而尺寸極小。在不設置繼電器電路時，如果電池具有高充放電率，能夠像本發(fā)明中這樣，瞬間放電電流達30A并且電流通過起動開關20直接流進電動機131，那么，起動開關20的金屬部分就會被燒熔，這一開關就會被保持在被燒結同時接通的狀態(tài)，在某些情況中不能把電動機停下來。
如圖7所示，在這一實施例的繼電器電路中，當起動開關20斷開時，三極管30的電阻變成無窮大，電流不能流過這一電路，并且時間電路亦即過度放電禁止電路A不是在其可工作狀態(tài)。當然，驅(qū)動電流也不會流進電動機M。如果把起動開關20扳到接通位置，電池的放電電流被分成在電動機M支路上的大電流和在過度放電禁止電路A上的流過三極管30的非常小的電流。在那一時刻，流過過度放電禁止電路A的電流極小，約為5mA，而其余的大電流流過電動機M。如果這一電流流過，過度放電禁止電路A的電容器C1同時開始充電，并且如果經(jīng)歷了由電容器C1決定的時間，就有一個信號發(fā)給一個開關電路(未圖示)，于是這個開關電路被斷開而停止電池的放電。在這一實施例中，放電時間設定為5到10秒，下文將說明這樣設定的理由。
圖8和表1表示出在設置了各個電路并進行了同樣的實驗時電池電路中的電流-時間-溫度特性。按照圖8，可以發(fā)現(xiàn)電池電路的載荷電流和溫度都與時間成直線關系，而且兩條直線的斜率相同。按照這一實施例，由于起動開關20一接通之后放電電流就是26A，從圖8可以估算，那時的溫升是8.8℃，溫度達到那一溫升所需的時間是9.8秒。
表1電池7.4V，1000mAh

在諸如攜帶式收割機的工作機器中，在盛夏的直接日光下，在某些情況中，電池盒附近的溫度約為60℃，而耐熱上限是70℃。在這樣的限制條件下，如果把電池電路的溫升控制在8.8℃，那么60℃+8.8℃＝68.8℃，這低于70℃的耐熱上限。這樣，在這一實施例中，放電時間設定為5到10秒。但是，由于放電時間是因電動機的容量或蓄電池組的放電容量而不同，不可能把放電時間設定為恒定的數(shù)值。本發(fā)明中，放電時間設定為5到15秒，這樣的設定不會使操作者有異常的感覺，也是考慮了安全性的發(fā)動機起動時間。
按照這一實施例，除過度放電禁止電路A之外，還設置了在蓄電池組16里的電池保護電路、電池的過度充電防止電路B和過電流防止電路(未圖示)。同時，蓄電池組16里還設置了充電電路(未圖示)和發(fā)動機點火電路。由于過度充電防止電路B、充電電路(未圖示)和發(fā)動機點火電路都是已知的電路，本文不對它們做詳細的說明。附圖中沒有畫出過電流防止電路，但是過電流防止電路可設置在各個電路的導線中的一根必要的導線的中間部分。在這一實施例中，過電流防止電路的關斷上限電流約為30A。
在發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，動力發(fā)電機14保持發(fā)電且發(fā)電電流流過過度充電防止電路B，發(fā)出的交流電通過一個整流電路而變成直流電并被送往蓄電池組16，從而給蓄電池組16充電。如果那時的放電電壓高于4.1V，鋰基二次電池的內(nèi)阻率(internal resistance rate)會急劇增大，如圖10所示，并且電池的容量恢復率(capacity recovery rate)會急劇降低。所以，在這一實施例中，可以用設置在蓄電池組里的過度充電防止電路進行調(diào)整，把放電電壓控制在約為8.1V。
在另一實施例中，進行了在工作機器不工作或發(fā)動機停止時防止蓄電池組16內(nèi)部電路放電的改進，以提高電池的使用壽命。圖9給出了用于禁止蓄電池組16內(nèi)部電路放電的一個電路的方塊圖。該圖是把蓄電池組16的內(nèi)部電路的過度放電禁止電路A和過度充電防止電路B表示為代表性的電路時的整個方塊圖。該圖中，用點劃線表示的右邊塊C表示外部接線，而左邊塊D表示本發(fā)明的蓄電池組16的內(nèi)部接線。
如該圖所示，在發(fā)動機那一側的八個外部接線是連接于第一接線器19a(也見圖2)，而伸出于蓄電池組16之外的內(nèi)部電路的接線端子是通過八個外部接線連接于第二接線器19b，第一接線器19a和第二接線器19b可以互相接合和脫離。在所示的這一例子中，外部接線和蓄電池組16分別有八個輸入和輸出端子。下面將說明所示的這個例子的具體接線。由輸入和輸出端子1、2、7和8形成的閉合電路是為避免蓄電池組16的電動機驅(qū)動電路和保護電路的自放電所需要的電路。輸入和輸出端子3到6是用于把充電電路B和包括過度放電禁止電路A的電動機驅(qū)動電路連接于外部接線的端子。
在工作時，蓄電池組16是安裝在開關盒17里，使所有內(nèi)部電路都互相電連接以及各個電路都可由電池供電。如果把蓄電池組16從開關盒17里取出來了，電池的放電就僅僅是電池本身的自放電，因而可以延長電池的使用壽命。
圖10表示出一個例子，在這個例子中，不管發(fā)動機是在運轉(zhuǎn)與否，在關斷一發(fā)動機停機開關23的同時蓄電池組16里的所有閉合的電路和開著的電路都被關斷了。也就是說，在該圖中，可以通過四個輸入和輸出端子1、2、7和8以及開關31和32來進行連接和斷開，而開關31和32是構成為其動作與該發(fā)動機停機開關23的動作相關聯(lián)。在發(fā)動機停機開關23為接通時，它不連接于火花塞12，并且起動開關20與輸入輸出端子1、2、7和8之間的開關31和32也被斷開。
如果在這一狀態(tài)把起動開關20和發(fā)動機停機開關23閉合，電動機131就由電池通電，發(fā)動機10就起動。與此同時，電池和火花塞12互相連接，發(fā)動機就運轉(zhuǎn)。這里，在需要停止發(fā)動機的運轉(zhuǎn)時可斷開發(fā)動機停機開關23，于是點火電路的線圈12a的切斷端子(KILL terminal)接地而使發(fā)動機停止。發(fā)動機停機開關23的斷開動作也使設置在輸入和輸出端子1、2、7、8之間的兩個開關31和32斷開。如果開關31和32斷開了，蓄電池組16的所有內(nèi)部電路都被獨立地關斷。
圖12表示按照本發(fā)明的有連接電路的這一實施例發(fā)動機起動裝置100和小型發(fā)動機10的裝配。圖12-15是幾個解釋性的圖，它們表示出這一實施例的發(fā)動機起動裝置100各個構成零部件的構造。這一實施例的發(fā)動機起動裝置100適用于小型空氣冷卻汽油發(fā)動機之類的發(fā)動機，并且發(fā)動機起動裝置100設置為靠近發(fā)動機10的曲軸25的輸入和輸出端。
發(fā)動機起動裝置100包括一動力蓄積部分110、一動力傳遞部分120和一電驅(qū)動部分130。動力蓄積部分110、動力傳遞部分120和電驅(qū)動部分130這幾個部分裝配成一個單元并安裝在一單個殼體140里。該殼體140具有用于容納動力蓄積部分110和動力傳遞部分120的上半第一空間A和用于容納電驅(qū)動部分130的下半第二空間B。第二空間B是倒三角形的，其寬度從上到下逐漸減小。殼體140是一個兩半拼合的結構，有靠在發(fā)動機上的一側和與之相反的一側，并且包括第一半殼140a和第二半殼140b。
在發(fā)動機側的第一半殼140a的上半部是一個基本上四方形的窗口部分141，并且有一供裝進減速機構的插入孔142成形在其下半部的中央。在該減速機構插入孔142里將裝入下文將說明的一個高速比減速機構132，它乃是電驅(qū)動部分130的構成部分之一。四方形窗口部分141的四個向內(nèi)突的角部成形有螺栓孔143，以便用螺栓把第一半殼140a固定于發(fā)動機10。四方形窗口部分141的邊框的上兩個角部和下兩個角部的下部成形有螺紋孔144，用于接合第二半殼140b。一個軸145從第二半殼140b的形成第一空間的內(nèi)底壁表面的中央向發(fā)動機伸去。扳手可通過的、一個通往內(nèi)部空間的孔146成形在第二空間B的后壁的一部分上，沿垂向位于軸145的下面，對應于減速機構插入孔142的中心。成形在第二半殼140b上的幾個螺栓插入孔147對應于第一半殼140a上的螺紋孔144。
如圖12和13所示，動力蓄積部分110包括一個盤卷彈簧111和一個盤卷彈簧盒112。在圓周方向連續(xù)的正齒輪113成形在盤卷彈簧盒112的外周表面的一半寬度上。一個通孔112a成形在盤卷彈簧盒112的中央，一個軸承形狀的單向離合器114的外環(huán)嵌入通孔112a，以及，第二半殼140b的軸145壓配進單向離合器114的內(nèi)環(huán)。容納盤卷彈簧111的一空間(未圖示)成形在盤卷彈簧盒112里并面向發(fā)動機，以及，一個用于接合和固定盤卷彈簧111的外端111a的彈簧外端固定槽(未圖示)成形在容納盤卷彈簧的空間的周壁的一部分上。
按照這一實施例，由于有軸承型的單向離合器114，盤卷彈簧盒112只能向一個方向轉(zhuǎn)動?；蛘撸稍诒P卷彈簧盒112的外周表面上成形出不同于正齒輪113的棘輪115以取代單向離合器114，如圖16所示，并且可與棘輪115嚙合的棘爪116由第二半殼140b的一部分可轉(zhuǎn)動地支承。用這樣的構造，也可使盤卷彈簧盒112只能向一個方向轉(zhuǎn)動。棘爪116被安裝在第二半殼140b上的彈簧構件117朝著與棘輪115嚙合的方向偏壓。在這種情況中，盤卷彈簧盒112由軸145通過一般滑動軸承支承著而能轉(zhuǎn)動。
圖13到16以放大的形式表示出圖9的一部分。如圖13-16所示，動力傳遞部分120包括一個作動輪121和一個可與作動輪121嚙合/脫離的構件122。一個寬松的插入孔121a成形在作動輪121的中央。從第二半殼140b伸出的軸145可以寬松地插進孔121a。如圖13所示，用于固定盤卷彈簧的內(nèi)端的固定部分121b成形在作動輪121的中央，背對著發(fā)動機。盤卷彈簧內(nèi)端固定部分121b伸進盤卷彈簧盒112里圍住寬松的插入孔121a。盤卷彈簧內(nèi)端固定部分121b成形有一個內(nèi)端固定槽121b’，它可接合并固定于盤卷彈簧111的內(nèi)端111b。軸145的端頭成形有一個螺紋孔(未圖示)。在完成裝配時，用一個沉頭螺釘148擰進這一螺紋孔，這樣就把動力蓄積部分110和作動輪121裝入并固定在第二半殼140b內(nèi)。
如圖16所示，嚙合件121c的外周表面具有棘齒121d，嚙合件121c從在發(fā)動機側的作動輪121的中央伸出。嚙合件121c可嚙合于一嚙合爪26，該嚙合爪26是安裝在發(fā)動機10的曲軸25上的離心離合器機構的一個構件。嚙合件121c可嚙合于安裝在曲軸25上的嚙合爪26并在向釋放方向接受能量時停止不動，這發(fā)生在盤卷彈簧盒112轉(zhuǎn)動并且盤卷彈簧111蓄積彈簧力的過程中，直到能量超過發(fā)動機的最大載荷，而如果盤卷彈簧111里積蓄的力超過最大載荷，嚙合件121c就開始帶動嚙合著的嚙合爪26一起轉(zhuǎn)動而起動發(fā)動機。如果發(fā)動機被起動了并進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于離心力的作用，嚙合爪26就脫離與作動輪121的嚙合件121c之間的嚙合，而發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)。
各棘齒123是以預定的相互距離成形在作動輪121的外圓周上，并且整個作動輪121形成一個棘輪。嚙合/脫離構件122的一端122b由第一半殼140a上的一個轂部140a-1支承而可以轉(zhuǎn)動，按壓按鈕149可使端頭122a轉(zhuǎn)動到與作動輪121的外周棘齒123嚙合/脫離，以允許或阻止作動輪121轉(zhuǎn)動。嚙合/脫離構件122的端頭122a受一扭力彈簧150偏壓，使得在發(fā)動機正常起動時端頭122a脫離棘齒123，端部122b克服該扭力彈簧150的偏壓力而轉(zhuǎn)動，并且端頭122a可首先嚙合于棘齒123。這里，嚙合/脫離構件122和作動輪121的棘齒123對應于本發(fā)明的轉(zhuǎn)動禁止裝置。
按照這一實施例，為了使嚙合/脫離構件122的端頭122a克服偏壓力而轉(zhuǎn)動，如圖12和13所示，安裝在第一半殼140a的圓周壁的一部分上的按鈕149的末端的一球形部分149a配合于嚙合/脫離構件122的末端122a，并且如果按壓按鈕149，嚙合/脫離構件122就克服扭力彈簧150的偏壓力而向棘齒123轉(zhuǎn)去。通過這一按壓操作，按鈕149被鎖定裝置(未圖示)鎖住，而如果操作者把按鈕149向外拉，按鈕149就解鎖，嚙合/脫離構件122就向脫離與棘齒123的嚙合的方向轉(zhuǎn)。嚙合/脫離構件122由扭力彈簧150的偏壓力固定于第一半殼140a的圓周壁。
電驅(qū)動部分130包括起動電動機131和連接于電動機131的輸出軸的高速比減速機構132。電動機131的高速轉(zhuǎn)動被通過高速比減速機構132減速，并且傳遞到盤卷彈簧盒112。高速比減速機構132包括一緊湊的行星齒輪減速機構132a和固定于行星齒輪減速機構132a的輸出軸的一正齒輪132b。由于采用行星齒輪減速機構132a和正齒輪132b的組合作為減速機構132，其輸入部分和輸出軸可以設置在同一軸線上，并且這個軸線可以設置成平行于從第二半殼140b伸向發(fā)動機的軸145。還有，在這一實施例中，電驅(qū)動部分130的軸線是設置成基本上沿垂向位于軸145以下。用這種做法，本發(fā)明中取消了卷繞機構，通常設置在動力蓄積部分110和動力傳遞部分120下面的電池現(xiàn)在是設置在開關盒17(未圖示)里，而開關盒17安裝在工作機器的操縱輪(未圖示)上，例如在操縱輪殼體的外面，電驅(qū)動部分130設置在空的空間里，借以縮短殼體140的軸向長度以及把殼體140的橫向?qū)挾瓤s短為最小。
這一實施例的行星齒輪減速機構132a包括第一到第三內(nèi)齒輪132a-1到132a-3，它們都是環(huán)形太陽齒輪。行星齒輪減速機構132a安裝并固定在一容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134里，與電動機131在一起。也就是說，多個平行于轉(zhuǎn)動軸延伸的突起132a’-1到132a’-3從第一到第三內(nèi)齒輪132a-1到132a-3的外圓周表面伸出，以及，同樣數(shù)目的平行于該軸線延伸的配合槽134a-1成形在容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134的內(nèi)圓周表面，它們的位置與突起132a’-1到132a’-3相對應。突起132a’-1到132a’-3分別配合到各個配合槽134a-1里。
在這一實施例中，容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134包括一個有底的圓筒形本體，并且其背對發(fā)動機的那一側是開著的。容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134被分成為一圓筒形本體134a和一底部134b。平行于軸線延伸的突起134c和134d分別從圓筒形本體134a和底部134b的外表面的一個部分突出，圓筒形的本體134a的內(nèi)表面還有配合槽134a-1，底部134b上的突起134d成形有一螺紋孔，圓筒形本體134a上的突起134c成形有一螺釘插入孔。行星齒輪減速機構132a的突起132a’-1到132a’-3配合入容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134的配合槽134a-1，電動機131和行星齒輪減速機構132a裝在并固定在容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134內(nèi)。內(nèi)部裝有電動機131和行星齒輪減速機構132a的容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134嵌入并支承在成形在第一半殼140a上的發(fā)動機起動裝置嵌入孔142里。通過一個固定框135用螺栓和螺母(未圖示)把電動機131和行星齒輪減速機構132a緊固在容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134里，使行星齒輪減速機構132a的輸出軸向外伸出。以這種方式，把正齒輪132b固定在行星齒輪減速機構132a的輸出軸的端頭上，而行星齒輪減速機構132a是安裝并固定在容納電動機驅(qū)動裝置的殼體134里的。
按照這一實施例，電動機131和盤卷彈簧盒112之間的減速比是設定為1/50。固定在行星齒輪減速機構132a的輸出軸上的正齒輪132b和成形在盤卷彈簧盒112的外周表面上的正齒輪113之間的減速比設定為1/2.5，所以行星齒輪減速機構132a的減速比設定為1/20。行星齒輪減速機構132a的輸出軸133、也就是正齒輪132b的支承軸端成形有一個可用六角扳手擰的可擰部分133a，成形在第二半殼140b上的一扳手插進孔146的中心位于軸線上。
為了把有上述構造的這一實施例的構成部件裝進殼體140，先把第二半殼140b的軸145壓配進盤卷彈簧盒112上的通孔112a。注意此前，單向離合器114應已嵌入盤卷彈簧盒112。這時，盤卷彈簧111的外端嚙合并固定于成形在盤卷彈簧盒112的容納盤卷彈簧的空間的圓周壁上的彈簧外端固定槽(未圖示)。接著，把盤卷彈簧111的內(nèi)端嚙合并固定于成形在作動輪121的中央部分的彈簧端部固定部分121b的彈簧內(nèi)端固定槽121b’。隨后，把第二半殼140b上的軸145寬松地插進寬松插入孔121a，使彈簧端部固定部分121b通過這個孔，并且然后把一沉頭螺釘148擰進成形在軸145端頭的螺釘孔，這樣就完成了盤卷彈簧盒112和作動輪121往第二半殼140b里的裝配。
在把電驅(qū)動部分130裝配進殼體140時，此前應已把直流電動機131、減速機構132的行星齒輪減速機構132a和正齒輪132b裝配成一個組件。把成形在這一組件的行星齒輪減速機構132a的外周表面上的突起132a’-1到132a’-3配合、固定并支承于成形在第一半殼140a上的減速機構插入孔142的內(nèi)表面配合槽142a。然后，把第一半殼140a用四個螺栓分別穿過第一半殼140a上的四個螺栓孔143緊固于發(fā)動機10。同時，把電動機131定位并固定到曲軸25的一預定位置。
把第一半殼140a連同電驅(qū)動部分130一起固定于發(fā)動機10之后，用螺栓28穿過一螺釘插入孔147擰進第一半殼140a上的螺紋孔144，而把裝配有動力蓄積部分110和動力傳遞部分120的第二半殼140b整體地固定于第一半殼140a。在把第二半殼140b固定于第一半殼140a時，嚙合/脫離構件122的另一轉(zhuǎn)動端122c嚙合于作動輪121的外周棘齒123。在嚙合/脫離構件122由轂部140a-1可樞轉(zhuǎn)地支承著時，若不操作嚙合/脫離構件122的端部122b，端頭122c就被扭力彈簧150向不與棘齒123嚙合的方向偏壓。
按照具有上述構造的這一實施例的發(fā)動機電起動裝置100在殼體140里取消了常規(guī)的卷繞型驅(qū)動部分和電池，容納動力蓄積部分110的盤卷彈簧111的盤卷彈簧盒112和動力傳遞部分120的作動輪121支承在同一個軸145上，而電動機131和由行星齒輪減速機構132a和正齒輪132b構成的減速機構132沿垂向布置在軸145的下面。由于采用了超緊湊的電動機131和超緊湊的行星齒輪減速機構132a，可把它們極其緊湊地安裝在殼體140里。所以，大大地減小了殼體140本身乃至整個起動裝置的尺寸。
為了用發(fā)動機起動裝置100起動發(fā)動機10，如果接通裝在操縱輪上的起動電動機131，例如給電動機131通電，盤卷彈簧盒112就由包括行星齒輪減速機構132a和正齒輪132b的高速比減速機構132以1/50的減速比傳動而向使盤卷彈簧111蓄積動力的方向轉(zhuǎn)動。這時，嚙合/脫離構件122不是嚙合于動力傳遞部分120的作動輪121，安裝在曲軸25上的嚙合爪26僅嚙合于作動輪121的嚙合件121c。
在盤卷彈簧盒112轉(zhuǎn)動以及盤卷彈簧111蓄積動力的過程中，有傾向于釋放積蓄的力的一力作用在盤卷彈簧111上，并且過程進行到通過嚙合爪26使曲軸25轉(zhuǎn)動并壓縮發(fā)動機10的一步驟。但是，在盤卷彈簧111里蓄積到足以超過壓縮沖程中的最大載荷之前曲軸25不能進一步轉(zhuǎn)動。如果盤卷彈簧111里積蓄的力超過了發(fā)動機10的壓縮沖程中的最大載荷，盤卷彈簧111的、向釋放積蓄的力的方向的力將變得更大，于是，作動輪121通過嚙合爪26使曲軸25轉(zhuǎn)動而使發(fā)動機點火，隨之開始運轉(zhuǎn)。從電動機131通電到發(fā)動機10起動僅為1到5秒。在這一實施例中，如果為起動發(fā)動機10對電動機131的放電時間超過10秒，作為蓄電池組16的保護電路之一的過度放電禁止電路就會起作用而關斷電池的放電。如果發(fā)動機10起動后進入了穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，嚙合爪26就脫開和作動輪121的嚙合件121c的嚙合，而發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)。起動發(fā)動機10所需要的時間之所以非常短是因為減速機構的減速比相當小，只有1/50，加之采用本發(fā)明的電池，這個起動時間與汽車的標準自動起動機給出的起動時間幾乎一樣。
從以上說明可明顯看出，由于本發(fā)明的發(fā)動機電起動裝置采用鋰基二次電池作為電池，不僅電池的尺寸和重量減小了，而且質(zhì)量和輸出的可靠性很高。還有，包括電池的蓄電池組不是裝在發(fā)動機起動裝置的箱體里，而是可以布置在開關盒里，而開關盒安裝在工作機器的操縱輪上。由于采用超緊湊電動機和高速比減速機構，起動裝置里取消了卷繞式驅(qū)動機構，因此，起動裝置本身的尺寸得以大大減小。本發(fā)明中，結合在蓄電池組里的電動機驅(qū)動電路中有過度放電禁止電路、過熱防止電路和連接于過度放電禁止電路的繼電器電路等保護電路。因此，電動機和蓄電池組的內(nèi)部電路不會被燒壞。由于蓄電池組里設置有過度充電防止電路B，所以可利用發(fā)動機的轉(zhuǎn)動給電池充電。如果配備了有自動節(jié)氣門的化油器，即使在寒冷的地方也總是能夠順利地起動發(fā)動機。發(fā)動機起動裝置的各個構成零部件的布置達到了最合理的程度，發(fā)動機起動裝置的尺寸更加縮小了。還有，在不可能驅(qū)動起動電動機時可以用手動操作，像常規(guī)的電動式發(fā)動機起動裝置那樣，安全地而容易地起動發(fā)動機。
權利要求
1.一種用于驅(qū)動安裝在一工作機器上的一緊湊的發(fā)動機起動裝置(100)的一緊湊的電動機的蓄電池組，所述發(fā)動機起動裝置包括一緊湊的電動機(131)；一動力蓄積部分(110)，在其中所述緊湊的電動機(131)的動力被通過一高速比減速機構(132)向動力蓄積方向傳遞；以及，一動力傳遞部分(120)，該傳遞部分能夠把由所述動力蓄積部分(110)積蓄的力傳遞到一發(fā)動機(10)的一曲軸(25)，其特征在于所述蓄電池組里設置有包括至少兩個電池的一鋰基二次電池、一常規(guī)的諸如自放電阻止電路的保護電路、一過電流防止電路，還進一步設置有一保護電路，所述保護電路包括諸如一過度充電防止電路(B)、一過度放電禁止電路(A)和一起動開關繼電器電路的一電子電路，這些電路都連接于所述鋰基二次電池。
2.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，所述過度放電禁止電路(A)是一個時間電路，并且驅(qū)動發(fā)動機起動電動機(131)所需要的連續(xù)放電時間設定為從開始放電起經(jīng)過5到15秒后自動停止連續(xù)放電。
3.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，所述蓄電池組里的鋰基二次電池的總放電量是500到2000mAh，每一電池的放電電壓是3.0到4.2V。
4.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，所述蓄電池組里的鋰基二次電池的最大放電電流設定為10到60A，并且當經(jīng)過了根據(jù)所設定的最大放電電流而設定的預定連續(xù)放電時間后自動停止放電過程。
5.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，所述蓄電池組的體積是2.5×104到1.0×105mm3。
6.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，當每一電池的放電電壓超過4.0到4.4V時所述過度充電防止電路(B)切斷了充電。
7.如權利要求1所述的蓄電池組，其特征在于，它還包括過熱防止電路，其中的保護電路可檢測所述蓄電池組的內(nèi)部溫度，并且當檢測到的溫升達到預定溫度時，不管所述過度放電禁止電路(A)的設定放電時間區(qū)間是多少，一個電子開關就自動斷開。
8.一種安裝在一便攜式手操工作機器上的緊湊的發(fā)動機(10)的發(fā)動機起動裝置(100)，其特征在于，所述發(fā)動機起動裝置(100)設置有緊湊的電動機(131)，該電動機可由如前面任一權利要求所述的蓄電池組驅(qū)動；動力蓄積部分(110)，在其中所述緊湊的電動機(131)的動力被通過高速比減速機構(132)向動力蓄積方向傳遞；以及，所述動力傳遞部分(120)，該傳遞部分能夠把由所述動力蓄積部分(110)積蓄的力傳遞到發(fā)動機(10)的曲軸(25)。
9.如權利要求8所述的發(fā)動機起動裝置(100)，其特征在于，所述蓄電池組整體地布置在便攜式手操工作機器的一操縱輪的開關盒(17)里。
10.如權利要求8所述的發(fā)動機起動裝置(100)，其特征在于，所述緊湊的電動機(131)的體積是4.0×103到8.0×104mm3，擊穿電流是1到100A，破壞轉(zhuǎn)矩是10到500mNm。
11.如權利要求8所述的發(fā)動機起動裝置(100)，其特征在于，它還包括有一化油器(15)，該化油器具有由一電磁閥操作的一自動節(jié)氣門，所述電磁閥由所述鋰基二次電池驅(qū)動，并且所述電磁閥的驅(qū)動電流是200到800mA。
12.一種便攜式手操工作機器，它具有如權利要求8到11中任一權利要求所述的發(fā)動機起動裝置(100)。
13.如權利要求12所述的便攜式手操工作機器，其特征在于，所述發(fā)動機(10)包括用于給所述鋰基二次電池充電的一動力發(fā)電機(14)，所述動力發(fā)電機(14)包括設置在所述發(fā)動機(10)的一轉(zhuǎn)動部分上的一磁鐵(13a，13b)以及設置在所述磁鐵(13a，13b)的一相對部分上的一電力發(fā)生線圈。
14.如權利要求13所述的便攜式手操工作機器，其特征在于，所述發(fā)動機(10)的所述轉(zhuǎn)動部分是一個固定于所述曲軸(25)的一風扇(13)。
全文摘要
一種用于驅(qū)動發(fā)動機起動裝置的蓄電池組和一種發(fā)動機起動裝置，它們安裝在一便攜式手操工作機器上，用于起動該工作機器的發(fā)動機。發(fā)動機起動裝置包括一緊湊的電動機；一動力蓄積部分，在其中所述緊湊的電動機的動力被通過一高速比減速機構向動力蓄積方向傳遞；以及，一動力傳遞部分，該傳遞部分能夠把由所述動力蓄積部分積蓄的力傳遞到一發(fā)動機的一曲軸。蓄電池組里設置有包括至少兩個電池的一鋰基二次電池、一常規(guī)的諸如自放電阻止電路的保護電路、一過電流防止電路，還進一步設置有一保護電路，保護電路包括諸如一過度充電防止電路、一過度放電禁止電路和一起動開關繼電器電路的一電子電路，這些電路都連接于所述鋰基二次電池。
文檔編號F02N99/00GK1793639SQ20051011377
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權日2004年10月8日
發(fā)明者宮下智史, 小野涼, 大庭隆, 穗苅洋 申請人:小松賽諾爾株式會社