JP4549258B2 - Battery pack for driving electric motor of small engine starter, engine starter driven by the pack, and manual work machine equipped with the starter - Google Patents
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Description
本発明は、携行刈払機、チェーンソー、芝刈機、背負い式刈払機、動力散布機、エンジンブロアー、ダスター、ヘッジトリマーなどの各種の作業機に搭載される小型エンジンを始動させるための超小型の電動モーターを駆動する小型で且つ出力の大きなバッテリーを内蔵するバッテリーパック、同パックにより駆動されるエンジン始動装置及び同始動装置を搭載した手作業機に関する。 The present invention is an ultra-compact electric motor for starting a small engine mounted on various working machines such as a portable brush cutter, a chainsaw, a lawn mower, a backpack-type brush cutter, a power spreader, an engine blower, a duster, and a hedge trimmer. The present invention relates to a battery pack having a small and large output battery for driving a motor, an engine starter driven by the pack, and a manual work machine equipped with the starter.
現在、多用されている刈払機やチェーンソー等の手作業機に搭載されている小型空冷式のガソリンエンジンを始動させるエンジン始動装置は、その殆どがリコイル式の駆動部と、エンジンのクランク軸に遠心クラッチ等の断接手段を介して連結された従動部と、前記駆動部と従動部との間に配され、駆動部の駆動力を緩衝するとともに従動部との間で弾性的に蓄力するゼンマイばねなどを有する緩衝・蓄力部とを備えている。前記リコイル式駆動部は、リコイルロープが巻装されたリコイル用リールと、同リコイル用リールとケーシングとの間に配されて、その内外の端部をリコイル用リール及びケーシングにそれぞれ固着されたリコイル用ゼンマイばねとを有している。前記リコイルロープを手で引き出すことによりリコイル用リールを一方向に回転させると同時に、前記リコイル用ゼンマイばねを巻締めてバネ力を蓄え、この状態でリコイルロープから手を離すと、リコイル用ゼンマイばねの蓄力が解放されてリコイルロープをリコイル用リールに自動的に巻き戻す。 Most of the engine starters that start small air-cooled gasoline engines installed in hand-operated machines such as brush cutters and chainsaws, which are currently in common use, are recoil-type drive units and engine crankshafts. A driven unit connected via a connecting means such as a clutch, and the drive unit and the driven unit are arranged to buffer the driving force of the drive unit and elastically store power between the driven unit and the driven unit. And a buffering / accumulating part having a spring. The recoil type drive unit is arranged between a recoil reel on which a recoil rope is wound, and a recoil reel and a casing, and the inner and outer ends thereof are fixed to the recoil reel and the casing, respectively. For springs. By pulling out the recoil rope by hand, the recoil reel is rotated in one direction, and at the same time, the recoil spring is tightened to store the spring force. Is released and the recoil rope is automatically rewound onto the recoil reel.
しかし、前述のリコイル式駆動部は、エンジンを始動させるたびにリコイルロープを引き出すための引き操作を必要とする。このリコイルロープの引き操作は、通常、素早く且つ大きく引き出す必要があるため、力の弱い人や老年者にとって、或いは作業空間の狭い現場では、一回の引き操作でエンジンを作動させることができない場合も多い。そこで、リコイルロープの引き操作によるエンジンの始動を容易にしようとする提案も多くなされており、また実用化もされてはいるが、引き操作自体がもつ煩雑性は依然として残される。一方で、近年の小型電動モーターやバッテリーの進展は著しく、極めて小型化されたにも関わらず、大容量をもつようになってきている。最近は、こうした事情も手伝って前述のリコイル式始動装置の煩雑な操作性を避けるべく、スイッチ操作により簡単にエンジンを一発で始動させることができる電動式のエンジン始動装置が見直され、その開発が望まれてきている。 However, the above-described recoil drive unit requires a pulling operation for pulling out the recoil rope every time the engine is started. This pulling operation of the recoil rope usually needs to be quickly and greatly pulled out, so that the engine cannot be operated by a single pulling operation for people with weak power, elderly people, or in a small work space. There are also many. Thus, many proposals have been made to make it easier to start the engine by pulling the recoil rope, and although it has been put into practical use, the complexity of the pulling operation itself remains. On the other hand, the development of small electric motors and batteries in recent years has been remarkable, and even though they have been extremely miniaturized, they have come to have a large capacity. Recently, in order to avoid the complicated operability of the recoil-type starter described above, helped by these circumstances, the electric engine starter that can easily start the engine by a single switch is reviewed and developed. Has been desired.
この種の電動式の小型エンジン始動装置は、古くは例えば実開昭63−110672号公報(特許文献1)に開示されたエンジンの始動装置がある。この始動装置によれば、バッテリーにより供電駆動される直流モーターと、該モーターの出力軸に固設されたウォームギアによりゼンマイ香箱が駆動されて巻き上げられるゼンマイばねと、ゼンマイばねの内側端部が固定された出力回転軸と、該出力回転軸に1方向クラッチを介して接続されたエンジンの回転軸と、前記出力回転軸の回転を停止し若しくは停止を解除する回動レバーと、同レバーによる出力回転軸の回転停止の解除時にのみ入れ操作される連動電気スイッチと、同電気スイッチの切り操作時にモーターが駆動され、同モーターの回転速度が設定回転速度を越えたときにも回転を持続してゼンマイばねを巻き上げ、ゼンマイばねの巻き上げ終了時に前記設定回転速度より降下したときには供電が絶たれてモーターの回転を停止させる電機子電流制御回路とを備えている。 This type of electric small engine starting device is, for example, an engine starting device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-110672 (Patent Document 1). According to this starting device, a direct current motor powered by a battery, a mainspring spring in which a mainspring barrel is driven by a worm gear fixed to the output shaft of the motor, and an inner end of the mainspring spring are fixed. An output rotation shaft, an engine rotation shaft connected to the output rotation shaft via a one-way clutch, a rotation lever for stopping or releasing the rotation of the output rotation shaft, and output rotation by the lever An interlocking electrical switch that is turned on only when the rotation stop of the shaft is released, and a motor that is driven when the electrical switch is turned off, and continues to rotate even when the rotational speed of the motor exceeds the set rotational speed. When the spring is wound up and the spring speed is lowered from the set rotational speed at the end of the spring spring, the power supply is cut off and the motor stops rotating. And a armature current control circuit to.
更に、例えば特開2002−285940号公報(特許文献2)のスタータ装置によれば、駆動部と従動部との間の動力伝達系の途中に、緩衝・蓄力手段を介在したスタータ装置であって、前記駆動部が駆動源としての電動モーターであり、同電動モーターの出力回転軸に連結固定されたウォームと前記ゼンマイ香箱の外周に設けられたウォームホイールとにより減速機構を構成している。以上の構成は、上記特許文献1と実質的に変わるところがない。また、前記駆動側には、前記電動モーターとは別に、リコイル式駆動部が付設され、前記リコイル式駆動部は、リコイルロープが巻装されて該リコイルロープを引っ張ることにより回転せしめられるロープリールと、前記リコイルロープを巻き取るべく前記ロープリールを逆転させるリコイル用ゼンマイばねと、前記ロープリールの回転を前記緩衝・蓄力手段)に伝達するためのリコイル用ラチェット機構とを備えている。前記ゼンマイ香箱はワンウェイクラッチにより一方向にのみ回転できるようにしている。これらの構成から、この特許文献4のスタータは、上記特許文献1と公知のリコイル機構とを単純に組み合わせたに過ぎないといえる。 Further, for example, according to the starter device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-285940 (Patent Document 2), the starter device includes a buffering / accumulating means in the middle of the power transmission system between the driving unit and the driven unit. The drive unit is an electric motor as a drive source, and a speed reduction mechanism is constituted by a worm connected and fixed to an output rotation shaft of the electric motor and a worm wheel provided on the outer periphery of the mainspring barrel. The configuration described above is not substantially different from that of Patent Document 1. The drive side is provided with a recoil type drive unit separately from the electric motor, and the recoil type drive unit is a rope reel wound with a recoil rope and rotated by pulling the recoil rope. A recoil spring for reversing the rope reel to wind the recoil rope, and a recoil ratchet mechanism for transmitting the rotation of the rope reel to the buffering / accumulating means). The spring barrel can be rotated only in one direction by a one-way clutch. From these configurations, it can be said that the starter of Patent Document 4 is merely a combination of Patent Document 1 and a known recoil mechanism.
また、例えば特許2573340号公報(特許文献3)によれば、バッテリーと、該バッテリーの電力により駆動される直流電動モーターと、該モーターの運転停止を制御する制御装置と、前記モーターの動力を伝達する高減速比減速機構と、該高減速比減速機構で駆動されるゼンマイばね式蓄力装置と、該蓄力装置の力をクランク軸に一方的に伝える動力伝達装置とが単一フレーム内に納められたゼンマイばね式始動装置が開示されている。前記高減速比減速機構は、前記クランク軸に平行な他の軸線上に配された、直流電動モーターにより駆動される1段目の遊星歯車式減速装置と、前記蓄力装置のバネ蓄力室の外周に一体的に設けた被動歯車に前記遊星歯車式減速装置の出力軸に設けた駆動歯車を噛合させて2段目の減速装置とから構成されている。 Further, for example, according to Japanese Patent No. 2573340 (Patent Document 3), a battery, a DC electric motor driven by the electric power of the battery, a control device for controlling stoppage of the motor, and the power of the motor are transmitted. A high reduction ratio reduction mechanism, a spring-spring type energy storage device driven by the high reduction ratio reduction mechanism, and a power transmission device that unilaterally transmits the force of the energy storage device to the crankshaft. A housed spring spring starter is disclosed. The high reduction ratio reduction mechanism includes a first-stage planetary gear reduction device that is arranged on another axis parallel to the crankshaft and is driven by a DC electric motor, and a spring accumulation chamber of the accumulation device A drive gear provided on the output shaft of the planetary gear type reduction gear is meshed with a driven gear provided integrally with the outer periphery of the planetary gear type reduction gear, and the second reduction gear is configured.
また、例えば実開平2−13171号公報(特許文献4)には、ゼンマイ香箱が、エンジンのクランクシャフト側とは反対側に配された遊星歯車減速機の支持系を介して一方向に回転可能に軸支されている。ゼンマイ香箱の回転制御は、ハウジング内に配された直流電動モーターの出力軸に固定された小歯車と大歯車との減速平歯車対を介して結合された前記遊星歯車減速機によって減速回転される。このときの一方向回転は、ラチェット爪とゼンマイ香箱の外周部に設けた歯部との係合によりなされる。また、ゼンマイ香箱のクランクシャフト側に始動ラチェットホイールと始動ラチェット爪とが配されており、その係合を解除したときにラチェットホイールは回転自在となる。前記始動ラチェットホイールにはスタータラチェットホイールが組み付けられており、このスタータラチェットホイールはクランクシャフトに設けられた遠心クラッチ爪と係合する。 Further, for example, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-13171 (Patent Document 4), a mainspring barrel can be rotated in one direction via a support system of a planetary gear speed reducer arranged on the opposite side to the crankshaft side of the engine. Is pivotally supported. The rotation of the mainspring barrel is reduced and rotated by the planetary gear reducer coupled via a reduction spur gear pair of a small gear and a large gear fixed to the output shaft of a DC electric motor disposed in the housing. . The one-way rotation at this time is performed by the engagement between the ratchet claw and the tooth portion provided on the outer peripheral portion of the mainspring barrel. A starting ratchet wheel and a starting ratchet pawl are arranged on the crankshaft side of the mainspring barrel, and the ratchet wheel is rotatable when the engagement is released. A starter ratchet wheel is assembled to the starting ratchet wheel, and this starter ratchet wheel engages with a centrifugal clutch pawl provided on a crankshaft.
前記ゼンマイ香箱の外周にはラチェットホイールが一体に形成されており、このゼンマイ香箱の上端部に小径のラチェットホイールが噛合している。この小径のラチェットホイールに固定され回転軸は、外部から手動クランクを用いて回転させることが出来るようにされている。通常のエンジン運転中は、手動クランクは差し込まれておらず、小径のラチェットホイールは空回りする。仮に始動に失敗し、ゼンマイばねの再巻込みを行おうとするときは、小径のラチェットホイールの回転軸に手動クランクを差し込み、ゼンマイ香箱を回転させてゼンマイばねに蓄力する。エンジン始動時は、上記始動ラチェットを操作して、ゼンマイばねに蓄力されたエネルギーを解放させることにより、上記スタータラチェットホイールを回転させて、エンジンをクランキングして始動させる。 A ratchet wheel is integrally formed on the outer periphery of the mainspring barrel, and a small-diameter ratchet wheel meshes with the upper end of the mainspring barrel. The rotating shaft fixed to the small-diameter ratchet wheel can be rotated from the outside using a manual crank. During normal engine operation, the manual crank is not inserted and the small-diameter ratchet wheel runs idle. If the start-up fails and the mainspring spring is to be re-wound, a manual crank is inserted into the rotating shaft of the small-diameter ratchet wheel, and the mainspring barrel is rotated to store power in the mainspring spring. When the engine is started, the start ratchet wheel is operated to release the energy stored in the mainspring spring, thereby rotating the starter ratchet wheel and cranking and starting the engine.
以上の特許文献1〜4に開示されたエンジンの始動装置の電源に使われるバッテリーは、いわゆるニッカド電池やニッケル水素電池と呼ばれる電池であり、しかも既述したとおりそれらの電池の収納場所は指定されていない。しかし、通常は特許文献3及び4に記載さているように始動装置の内部に配されていることが多く、さもなくば従来のバッテリーは全容積が大きくなることから、始動装置の近傍の専用部位に装着されることが多い。更に、エンジンと始動用の電動モーターとの間に配される、例えば蓄力装置のゼンマイを巻き上げる電動モーターに必要な電力を前述の電池から得ようとすると、自ずと多数のニッカド電池やニッケル水素電池と呼ばれる電池が必要となる。そのため、始動装置を小型軽量化するにしても限界がある。 The batteries used for the power source of the engine starting device disclosed in the above Patent Documents 1 to 4 are so-called nickel cadmium batteries and nickel hydride batteries, and the storage locations of these batteries are designated as described above. Not. However, usually, as described in Patent Documents 3 and 4, it is often arranged inside the starter, otherwise the conventional battery has a large total volume, so a dedicated part in the vicinity of the starter It is often attached to. Further, if the electric power necessary for the electric motor that is arranged between the engine and the starting electric motor, for example, to wind up the spring of the energy storage device, is to be obtained from the aforementioned battery, a large number of NiCd batteries and NiMH batteries are naturally used. A battery called is required. Therefore, there is a limit even if the starter is reduced in size and weight.
ところで、上記特許文献1のエンジン始動装置によれば、電動モーターに直結するウォームギアとゼンマイ香箱の外周に形成されたウォームホイールとの噛合によってゼンマイ香箱を一方向に回転させるようにしているため、ゼンマイ香箱が逆転することはないが、ウォームギアとウォームホイールとの噛合による動力伝達機構では、電動モーターの出力軸方向とゼンマイ香箱の回転駆動軸とが直交して配されることになり、設計上、効率が悪く(約60%)且つこれを小型化するにしても避けられない限度がある。また、同特許文献1によるエンジン始動装置では、仮にバッテリーが上がってしまったり、電動モーターが故障したとき、エンジン始動装置自体を作動することができない。 By the way, according to the engine starting device of Patent Document 1, the mainspring barrel is rotated in one direction by meshing the worm gear directly connected to the electric motor and the worm wheel formed on the outer periphery of the mainspring barrel. Although the barrel does not reverse, in the power transmission mechanism by meshing the worm gear and worm wheel, the output shaft direction of the electric motor and the rotation drive shaft of the mainspring barrel are arranged orthogonally, The efficiency is low (about 60%) and there is an unavoidable limit even if it is downsized. Further, in the engine starting device according to Patent Document 1, when the battery runs out or the electric motor fails, the engine starting device itself cannot be operated.
また、上記特許文献2では、緊急時の手動によるゼンマイ香箱の駆動がリコイル式駆動機構によりなされるため、装置全体としては従来のリコイル式エンジン始動装置に、更に電動モーターとその減速機構を組み込んだことになり、しかもその減速機構がウォームとゼンマイ香箱のウォームホイールとからなるため、電動モーター軸とゼンマイ香箱の支軸とが直交して配せざるを得ず、装置全体の小型化は難しい。 Further, in Patent Document 2, since the mainspring barrel is manually driven in an emergency by a recoil type drive mechanism, the entire apparatus further incorporates an electric motor and its speed reduction mechanism in a conventional recoil type engine starter. In addition, since the speed reduction mechanism is composed of the worm and the worm wheel of the mainspring barrel, the electric motor shaft and the spindle of the mainspring barrel must be arranged orthogonally, and it is difficult to downsize the entire apparatus.
一方、上記特許文献3によれば、電動モーターとゼンマイ香箱との間に高減速比減速機構を配して、モーター容量、バッテリー容量がセルスタータ方式に対し、それぞれ1/10,1/6以下と小型になり、蓄電池を装備しても実用性を失わないとしているが、前記高減速比減速機構による減速比は1/250〜1/300と極めて大きく設定している。そのため、ゼンマイ香箱を回転させてゼンマイばねに所要の蓄力を得るまでに長時間を要することになる。そこで、このエンジン始動装置では、渦巻バネの自動巻上げ制御装置を設置し、同制御装置の制御回路により一回の始動操作ごとに自動的に蓄力バネの蓄力動作を行い、タイマ又はゼンマイばねの巻き上がりを検知して、モーターへの通電を停止させて、再始動時の待ち時間を少なくしている。そのため、装置全体が複雑化し、必然的に価格も高くなる。 On the other hand, according to Patent Document 3, a high reduction ratio reduction mechanism is arranged between the electric motor and the mainspring barrel, and the motor capacity and battery capacity are 1/10 or 1/6 or less of the cell starter system, respectively. Although it is said that the practicality is not lost even if a storage battery is installed, the reduction ratio by the high reduction ratio reduction mechanism is set to 1/250 to 1/300, which is extremely large. For this reason, it takes a long time to rotate the mainspring barrel to obtain a required power accumulation in the mainspring spring. Therefore, in this engine starting device, an automatic winding control device for the spiral spring is installed, and the control circuit of the control device automatically performs the accumulating operation of the accumulating spring for each starting operation, and the timer or the spring spring By detecting the winding of the motor, the power supply to the motor is stopped to reduce the waiting time at the time of restart. This complicates the entire apparatus and inevitably increases the price.
上記特許文献4によれば、電動モーターが作動しなくなったときなどに、手動クランクを操作して小径のラチェットホイールを介してゼンマイ香箱を回転させ、ゼンマイばねの再巻込みを行ってゼンマイばねに蓄力し、手動クランクを取り外したのち始動ラチェットを操作することにより、ゼンマイばねに蓄力されたエネルギーを解放させて上記スタータラチェットホイールを回転させエンジンを始動させる。しかるに、このエンジン回転中は前記小径のラチェットホイールは空回りすることになる。また、電動モーター、ゼンマイ香箱、前記小径のラチェットホイール及びラチェット爪の各軸が互いに平行に配されているため、エンジン始動装置の小型化を妨げている。 According to the above-mentioned Patent Document 4, when the electric motor stops operating, the mainspring barrel is rotated through the small-diameter ratchet wheel by operating the manual crank, and the mainspring spring is rewinded to the mainspring spring. After accumulating and removing the manual crank, the start ratchet is operated to release the energy accumulated in the spring and rotate the starter ratchet wheel to start the engine. However, during the engine rotation, the small-diameter ratchet wheel rotates idly. Further, since the shafts of the electric motor, the mainspring barrel, the small-diameter ratchet wheel, and the ratchet pawl are arranged in parallel to each other, the engine starter can be prevented from being downsized.
こうした従来の課題を解消すべく、本出願人は、例えば特願2004−232139号(特許文献5)によって、不要な器材を排除するとともに合理的な設計のもとに、究極的なまでの小型化と軽量化が図られ、しかも緊急時には手動でエンジンを始動させることができる電動式エンジン始動装置を先に提案した。 In order to solve such a conventional problem, the present applicant, for example, by Japanese Patent Application No. 2004-232139 (Patent Document 5), eliminates unnecessary equipment and achieves the ultimate miniaturization based on a rational design. An electric engine starter that can reduce the weight and weight and can start the engine manually in an emergency has been proposed.
その基本構成は、バッテリーにより駆動される小型電動モーターと、該小型電動モーターの動力が高減速機構を介して蓄力方向に駆動伝達される蓄力部と、該蓄力部の蓄力をエンジンのクランク軸に伝達する動力伝達部とを備えたエンジン始動装置であって、前記蓄力部がばねと同ばねの一端を支持する回転支持部材とを有し、前記ばねにはゼンマイばね又はコイルばねを使うことができ、ゼンマイばねの場合には前記回転支持部材をゼンマイ香箱から構成し、コイルばねの場合には通常の歯車を使うことができる。 The basic configuration includes a small electric motor driven by a battery, a power storage unit in which the power of the small electric motor is transmitted in a power storage direction via a high speed reduction mechanism, and the power storage of the power storage unit An engine starter including a power transmission unit for transmitting to a crankshaft of the engine, wherein the power storage unit includes a spring and a rotation support member that supports one end of the spring, and the spring includes a spring or a coil A spring can be used. In the case of a spring, the rotary support member is constituted by a spring barrel, and in the case of a coil spring, a normal gear can be used.
そして前記支持部材には第1歯車が形成され、前記高減速機構の出力軸には第2歯車が固設され、前記第1及び第2歯車は互いに噛合しており、前記蓄力部又は動力伝達部に配され、通常は前記蓄力部又は動力伝達部の蓄力解放方向の回転を許容するが、電動モーターの不作動時には前記蓄力解放方向の回転を阻止するため回転阻止手段を有し、前記高減速機構の出力軸の軸上にあって、同出力軸の軸端に係脱でき同出力軸を手動にて回転操作が可能な回転操作機構を有している。前記高減速機構は遊星歯車式減速機構であり、前記蓄力部及び前記動力伝達部の回転軸線が前記クランク軸と同一軸線上に配され、前記小型電動モーター及び前記高減速機構の回転軸が前記クランク軸と平行に配されており、前記第1及び第2歯車に平歯車が使われる。
このように上記特許文献5によって、上記特許文献1〜4に開示された小型エンジン始動装置がもつ上述の機構上の課題は解決されたが、一方でかかる小型化されたエンジン始動機構を、小型化されたバッテリーをもって如何にして円滑に、確実に且つ安全に駆動することを可能にするかという課題が残された。すなわち、作業機の全体を小型化するとともに軽量化を実現するには、単にエンジンを始動させるだけでなく、エンジンの点火回路や燃料供給制御回路などの駆動を司るバッテリー自体をも、必要とする十分な放電容量を備えるとともに小型軽量化を実現させることが肝要である。 As described above, the above-mentioned mechanical problems of the small engine starting devices disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 to 4 have been solved by the above-mentioned Patent Document 5, but on the other hand, the downsized engine starting mechanism is reduced in size. There remains a problem of how to enable smooth, reliable and safe driving with an integrated battery. That is, in order to reduce the overall size of the work machine and reduce the weight, not only the engine is started, but also the battery itself that controls the engine ignition circuit, the fuel supply control circuit, and the like is required. It is important to achieve a small size and light weight while providing a sufficient discharge capacity.
ところで、上記特許文献1〜4に開示されたエンジン始動装置に限らず、この種の小型エンジンを搭載した作業機の始動装置の電源は、既述したとおり全てにニッカド電池やニッケル水素電池が多用されている。これらの小型電池は1個あたり1.2Vが標準的であり、通常、始動用の小型電動モーターを駆動するには少なくとも7.2Vが必要であるため、理論上は6個の電池を使えば前記小型電動モーターを駆動することができるはずである。しかしながら、理想的なエンジン始動を実現するためには、更なる個数が必要となり、作業機のハンドルに配されるスイッチボックスに収容するには容積が大き過ぎ、必然的に始動装置あるいはその他の専用の設置場所に設置せざるを得ず、小型軽量化を実現するには到底許される範囲を越えてしまう。仮に、アルカリ乾電池やオキシライド乾電池(1.5V)を使うとしても、内部インピーダンス(内部抵抗)が大きく、前記出力電圧を得るには少なくとも6個以上が必要となる。
従って、本発明の目的は作業機の小型エンジン始動装置に適用される小型且つ軽量で、高出力を可能とし、同時に安全性もが確保された高性能のバッテリーパックを提供することにある。
By the way, not only the engine starter disclosed in the above-mentioned patent documents 1 to 4, but the power source of the starter of the work machine equipped with this kind of small engine is heavily used for all of the nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries as described above. Has been. These small batteries are typically 1.2V per unit, and usually require at least 7.2V to drive a small electric motor for starting, so theoretically using six batteries It should be possible to drive the small electric motor. However, in order to realize an ideal engine start, a larger number is required, and the volume is too large to be accommodated in the switch box arranged on the handle of the work machine, and it is inevitably necessary for the starter or other dedicated use. In order to achieve a small size and light weight, it would be beyond the allowable range. Even if an alkaline battery or an oxyride battery (1.5 V) is used, the internal impedance (internal resistance) is large, and at least six batteries are required to obtain the output voltage.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-performance battery pack that is applied to a small engine starting device of a work machine, is small and light, enables high output, and at the same time ensures safety.
前述の目的は、本発明の基本構成である小型電動モーターと、該小型電動モーターの動力が高減速機構を介して蓄力方向に駆動伝達される蓄力部と、該蓄力部の畜力をエンジンのクランク軸に伝達する動力伝達部とを備えた作業機に搭載される小型エンジン始動装置の小型電動モーター駆動用バッテリーパックであって、該バッテリーパック内には、少なくとも2つのセルからなるリチウム系二次電池と、同電池に接続された、過電流防止回路と、過充電防止回路と、過放電抑止回路と、スタートスイッチ用リレー回路とを有する電子回路からなる保護回路が内蔵されてなることを特徴とする電動モーター駆動用バッテリーパックにより効果的に達成される。 The above-described object is to provide a small electric motor that is a basic configuration of the present invention, a power storage unit in which the power of the small electric motor is transmitted in a power storage direction via a high speed reduction mechanism, and the stock power of the power storage unit. A battery pack for driving a small electric motor of a small engine starting device mounted on a work machine having a power transmission unit for transmitting to a crankshaft of an engine, wherein the battery pack includes lithium consisting of at least two cells a system secondary battery connected to the battery, the overcurrent protection circuit, the overcharge prevention circuit, the protection circuit consisting of the electronic circuit is built with the overdischarge inhibit circuit, a relay circuit start switch This is effectively achieved by the battery pack for driving the electric motor.
前記過放電抑止回路は時限回路であり、前記エンジン始動用電動モーターの駆動に要する連続放電時間が5〜15秒経過したのちに自動的に停止するように設定されていることが望ましい。更に好ましくは、前記過放電抑止回路による連続放電時間が7〜12秒に設定される。前記バッテリーパック内の前記リチウム系二次電池は、全放電容量が500〜2000mAhで、1セル当たりの充電電圧が3.0〜4.2Vである。更に、該バッテリーパック内の該リチウム系二次電池は、その最大放電電流が10〜60Aに設定され、設定最大放電電流に応じた所定の連続放電時間経過後に自動的に放電を停止させるようにするとよい。また、前記バッテリーパックは、2.5×104 〜1. 0×105 mm3 の体積を有するようにするとよい。更に、前記過充電防止回路は、上記セルの1セルあたりの充電電圧が4.0〜4.4Vを越えたとき充電を遮断することが好ましい。前記保護回路が、バッテリーパックの内部温度を検出し、その検出温度の上昇が前記過放電抑止回路の設定放電時間域に関わらず所定温度に達すると、前記電子スイッチを自動的に開放する過熱防止回路を更に備えていることが望ましい。 The overdischarge suppression circuit is a timed circuit, and is preferably set to automatically stop after 5 to 15 seconds have elapsed for the continuous discharge time required to drive the electric motor for starting the engine. More preferably, the continuous discharge time by the overdischarge suppression circuit is set to 7 to 12 seconds. The lithium secondary battery in the battery pack has a total discharge capacity of 500 to 2000 mAh and a charge voltage per cell of 3.0 to 4.2V. Further, the lithium secondary battery in the battery pack has a maximum discharge current set to 10 to 60 A, and automatically stops discharge after a predetermined continuous discharge time corresponding to the set maximum discharge current. Good. The battery pack may have a volume of 2.5 × 10 4 to 1.0 × 10 5 mm 3 . Furthermore, it is preferable that the overcharge prevention circuit cuts off charging when a charging voltage per cell of the cells exceeds 4.0 to 4.4V. The protection circuit detects the internal temperature of the battery pack, and the electronic switch is automatically opened when the detected temperature rises to a predetermined temperature regardless of the set discharge time range of the overdischarge suppression circuit. It is desirable to further include a circuit.
手作業機に搭載される小型エンジンの始動装置は、上記バッテリーパックのリチウム系二次電池により駆動される小型電動モーターと、該小型電動モーターの動力が高減速機構を介して蓄力方向に駆動伝達される蓄力部と、該蓄力部の蓄力をエンジンのクランク軸に伝達する動力伝達部とを内蔵している。ここで前記バッテリーパックは、前記手作業機のハンドル部のスイッチボックスに一体に配されることが望ましい。前記小型電動モーターは、ハウジング体積が4.0×103 〜8.0×104 mm3 、停動電流が1〜100A、停動トルクが10〜500mNmであることが実施に則している。更には、前記リチウム系二次電池により駆動されるソレノイドバルブにより作動するオートチョーク付きキャブレターを備え、前記ソレノイドバルブの駆動電流を200〜800mAとするとよい。 A small engine starter mounted on a manual work machine includes a small electric motor driven by the lithium secondary battery of the battery pack, and the power of the small electric motor is driven in the direction of power accumulation through a high speed reduction mechanism. A built-in power storage unit and a power transmission unit that transmits the stored power of the power storage unit to the crankshaft of the engine are incorporated. Here, it is preferable that the battery pack is integrally disposed in a switch box of a handle portion of the manual work machine. The small electric motor has a housing volume of 4.0 × 10 3 to 8.0 × 10 4 mm 3 , a stationary current of 1 to 100 A, and a stationary torque of 10 to 500 mNm. . Furthermore, a carburetor with an auto choke that is operated by a solenoid valve driven by the lithium secondary battery may be provided, and the drive current of the solenoid valve may be 200 to 800 mA.
また、前記エンジン始動装置を搭載した手作業機にあっては、前記エンジンが前記リチウム二次電池の充電用発電機を有し、同発電機は前記エンジンの回転部に配された磁石と、同磁石の対向部に配された発電コイルとを備えていることが好適であり。前記エンジンの前記回転部がクランク軸に固設されたファンであることが好ましい。 Further, in the manual work machine equipped with the engine starting device, the engine has a generator for charging the lithium secondary battery, the generator is a magnet disposed in the rotating part of the engine, It is preferable to include a power generation coil disposed on the facing portion of the magnet. It is preferable that the rotating part of the engine is a fan fixed to a crankshaft.
本発明によれば、始動装置に一体化される構成機器を必要最小限に止めるため、バッテリーには他の乾電池とは性能の面で格段の差があるにも関わらず最も小型化が可能であるリチウム系二次電池を採用する。本発明にあっては、電源としての全体の容量を、少なくともエンジンの始動用電動モーターの駆動と、バッテリーの保護回路と、以降に述べるオートチョーク付きキャブレターのソレノイドバルブの駆動及び電子回路用とのために必要な放電容量を満足すればよい。 According to the present invention, in order to keep the components integrated with the starter to the minimum necessary, the battery can be miniaturized most in spite of the difference in performance from other dry cells. A certain lithium secondary battery is adopted. In the present invention, the overall capacity as a power source is at least for driving an electric motor for starting an engine, a battery protection circuit, driving a solenoid valve of a carburetor with an auto choke described later, and for an electronic circuit. Therefore, it is only necessary to satisfy the necessary discharge capacity.
好適な実施態様によれば、前述の必要とする放電容量を1000mAhとしている。1個のセルの出力電圧は3.8Vであり、2個のセルを用いれば7.6Vとなり、エンジン始動用の電動モーターに対する放電電流を10〜60Aに設定しても、その他を駆動するための電源としては十分な容量となる。このように、作業機に搭載される小型エンジン始動装置の電源となる本発明のリチウム系二次電池は、エンジンを始動するには十分な容量をもつとともに、その体積も極めて小さく、例えば始動装置に内蔵させるにしても、従来とは比較にならない程の小型化が実現される。 According to a preferred embodiment, the required discharge capacity is 1000 mAh. The output voltage of one cell is 3.8V. If two cells are used, the output voltage is 7.6V. Even if the discharge current for the electric motor for starting the engine is set to 10 to 60A, the other is driven. As a power source, the capacity is sufficient. As described above, the lithium secondary battery of the present invention, which serves as a power source for a small engine starter mounted on a work machine, has a sufficient capacity for starting the engine and has a very small volume. For example, the starter Even if it is built in, it is possible to achieve downsizing that is not comparable to the conventional one.
しかも、リチウム系二次電池自体のもつ性能は、既述したとおり内部インピーダンスが従来の乾電池の1/30と極めて低く、重量エネルギー密度及び体積エネルギー密度も従来の乾電池と比較して2〜3倍であり、軽量小型化には最適である。更に、特にリチウム系のイオン二次電池であれば、材質的にも環境負荷材料を含んでおらず、またニッカド電池のようなメモリー効果が一切なく且つ自己放電も少ないため、長期間にわたって必要な容量が維持される。また本発明にあっては、様々な保護回路により安全性が確保されており、高出力が得られることからマンガン系のリチウム系イオン二次電池であることが望ましい。 Moreover, the performance of the lithium secondary battery itself is as low as 1/30 of the conventional dry battery as described above, and the weight energy density and volumetric energy density are 2 to 3 times that of the conventional dry battery. Therefore, it is optimal for light weight and downsizing. Furthermore, especially for lithium-ion ion secondary batteries, they do not contain environmentally hazardous materials, and they do not have any memory effect like a nickel-cadmium battery and have little self-discharge. Capacity is maintained. In the present invention, since the safety is ensured by various protection circuits and a high output is obtained, it is desirable to be a manganese-based lithium ion secondary battery.
更にはエンジン始動用の電動モーターを所定の容量とトルクをもって駆動するには、バッテリーを小型軽量化することに加えて、従来以上にバッテリー自体のレートを高める必要がある。このレートを高めることにより、高電流値をもって安定した放電が長時間持続できるようになる。通常、この種のリチウム系二次電池において高レートと呼ばれるレート値は3〜5Cであるが、本発明では1000mAhの放電容量で26A以上の放電を可能とする、レート値が26C以上のリチウム系二次電池を使っている。 Furthermore, in order to drive the electric motor for starting the engine with a predetermined capacity and torque, in addition to reducing the size and weight of the battery, it is necessary to increase the rate of the battery itself more than before. By increasing this rate, a stable discharge with a high current value can be sustained for a long time. Usually, in this type of lithium-based secondary battery, the rate value called high rate is 3-5C, but in the present invention, a lithium-based battery having a rate value of 26C or more that enables discharge of 26A or more with a discharge capacity of 1000 mAh. A secondary battery is used.
本発明にあって、前記バッテリー保護回路の一つとして、エンジン始動用の前記電動モーターの駆動に要する放電時間内を設定して、その設定時間を経過したのちは、同電動モーターの駆動を自動的に停止する専用の過放電抑止回路を含んでいる。この過放電抑止回路を内蔵することにより、最も消費電力の大きな電動モーター駆動回路の過熱が防止されると同時に、バッテリー寿命を長引かせることができる。この過放電抑止回路は、電動モーター駆動回路の過熱防止のみならず、バッテリー全体の、特に同バッテリーに内蔵される各種回路に配される素子類の過熱も抑止されることになり、各回路の焼損や発火が防止できる。この過放電抑止回路の好適な態様は、電動モーターの起動からエンジン始動までに要する時間を予め設定しておき、その時間を経過したのち自動的に電動モーターの駆動を停止させる、従来から知られた、いわゆる時限回路と電子スイッチを同回路中に組み込めばよい。 In the present invention, as one of the battery protection circuits, a discharge time required for driving the electric motor for starting the engine is set, and after the set time has elapsed, the electric motor is automatically driven. It includes a dedicated overdischarge suppression circuit that stops automatically. By incorporating this overdischarge suppression circuit, overheating of the electric motor drive circuit with the largest power consumption can be prevented, and at the same time, the battery life can be prolonged. This overdischarge suppression circuit not only prevents overheating of the electric motor drive circuit, but also suppresses overheating of the entire battery, especially elements disposed in various circuits built in the battery. Burnout and ignition can be prevented. A preferred embodiment of this overdischarge suppression circuit is conventionally known in which a time required from the start of the electric motor to the engine start is set in advance, and the drive of the electric motor is automatically stopped after the time has elapsed. A so-called timed circuit and electronic switch may be incorporated in the circuit.
前記電動モーターの起動からエンジン始動までに要する適切な時間域は5〜15秒である。電動モーターの駆動回路の過熱防止を更に確実にするには、過熱防止回路を設けるとよい。この過熱防止回路では、バッテリー内部の温度を検出し、前記時間域では当然のこととして、その時間域内であっても温度上昇が10℃を越えたとき、前記電子スイッチを閉じるようにする。この過放電抑止回路は、前述の機能に加えて、例えば電動モーター自体が何らかの原因で、電流を供給しても回転が停止してしまうストール状態になったときも、放電が上記時間域内で止められるため、電動モーターが焼き付くことはなく耐久性が向上する。 An appropriate time range required from starting the electric motor to starting the engine is 5 to 15 seconds. To further prevent overheating of the drive circuit of the electric motor, it is preferable to provide an overheat prevention circuit. In this overheat prevention circuit, the temperature inside the battery is detected, and as a matter of course, the electronic switch is closed when the temperature rise exceeds 10 ° C. even within the time range. In addition to the above-described function, this overdischarge suppression circuit stops discharge within the above time range even when the electric motor itself is in a stall state where rotation stops even if current is supplied for some reason. Therefore, the electric motor is not seized and durability is improved.
因みに、本発明にて採用するバッテリーパックの体積は5.5×104 〜1.0×105 mm3 、重量が80g程度で極めて小型で且つ軽量である。このように極めて小型軽量化されるため、エンジンの始動装置のケースに直接内蔵させることもできるが、これをケース外の例えば作業機におけるハンドル部のスイッチボックスに収容することが可能となる。スイッチボックスに収容する場合には、エンジンから遠くなることによる耐振及び耐熱の効果があり、またガソリンタンクから離れることにより安全性も確保され、バッテリーの交換も簡単にできるようになる。また、上記特許文献5によって、リコイル式駆動機構を排除することと相まって、始動装置の外形寸法を極めて小型化することを可能にし、その重量も大きく低減できる。 Incidentally, the volume of the battery pack employed in the present invention is 5.5 × 10 4 to 1.0 × 10 5 mm 3 and the weight is about 80 g, and it is extremely small and lightweight. Since it is extremely small and light in weight as described above, it can be incorporated directly into the case of the engine starting device, but this can be accommodated in, for example, a switch box of the handle portion of the working machine outside the case. When housed in the switch box, there is an effect of vibration resistance and heat resistance by being far from the engine, and safety is ensured by being away from the gasoline tank, and the battery can be easily replaced. Further, according to the above-mentioned Patent Document 5, coupled with the elimination of the recoil drive mechanism, the external dimensions of the starting device can be extremely reduced, and the weight thereof can be greatly reduced.
すなわち、バッテリー及び始動スイッチなどは始動装置に装備せずに、作業機のハンドル部のスイッチボックスに配するようにする。一方、エンジン始動装置の例えば蓄力部及び動力伝達部の回転支軸の第1軸線と電動モーター及び高減速機構の回転軸の第2軸線とを平行に並列させるとともに、第1及び第2軸線を同一平面上に配するような合理的な設計を採用する。この場合、始動装置の重量バランスを考慮すると、前記第2軸線とエンジンの前記第1軸線とを含む平面を垂直面とする。かかる設計により、始動装置の軸線方向の寸法を短くすることができるとともに、それらの構成機器の配設空間をも最小限に抑えることができ、しかも重量バランスが取りやすくなる。勿論、機器の数が少なくなるだけ大幅な軽量化も実現される。 That is, the battery, the start switch, and the like are not provided in the starter, but are arranged in the switch box of the handle portion of the work machine. On the other hand, for example, the first axis of the rotation support shaft of the engine starting device and the power transmission unit and the second axis of the rotation shaft of the electric motor and the high speed reduction mechanism are arranged in parallel, and the first and second axes. A rational design is adopted in which they are arranged on the same plane. In this case, considering the weight balance of the starter, a plane including the second axis and the first axis of the engine is a vertical plane. With this design, the dimensions of the starting device in the axial direction can be shortened, the space for arranging these components can be minimized, and weight balance can be easily achieved. Of course, a significant reduction in weight is realized as the number of devices is reduced.
また、前記高減速機構として遊星歯車式減速機構を採用する場合には、機構の小型化が容易であり、その減速比も、上述のような高出力をもつリチウム系二次電池をバッテリーとして採用するとともに、高トルクが期待できる小型電動モーターを採用するとき、上記特許文献2のごとく1/250〜1/300のように大きく取らず、せいぜい1/50程度としても十分に対応することができるようになり、エンジンの始動時間、すなわち蓄力部が所要の蓄力を得るまでの時間を大幅に短縮できる。 In addition, when a planetary gear type reduction mechanism is used as the high reduction mechanism, the mechanism can be easily downsized, and the reduction ratio of the lithium secondary battery having high output as described above is also used as the battery. At the same time, when a small electric motor that can be expected to have high torque is adopted, it is not as large as 1/250 to 1/300 as in the above-mentioned Patent Document 2, and it is possible to cope with even 1/50 at most. Thus, the engine start time, that is, the time until the energy storage unit obtains the required energy storage can be greatly shortened.
バッテリーパックが、その保護回路として上記過放電抑止回路に加えて、過充電防止回路、過電流防止回路などの電子回路を有している場合には、過充電によるバッテリーの過熱が防止され、過電流による周辺機器への発火が防止される。因みに、前記始動用の小型電動モーターは、ハウジング体積が4.0×103 〜8.0×104 mm3 と小型であるに関わらず、例えば遊星歯車群からなる減速機構を介することにより蓄力装置であるゼンマイの巻き上げ可能にするに十分な容量とトルクとを備えている。また、オートチョーク付きキャブレターを設置しておけば、エンジンが所定の温度以下にあるとき始動用の前記電動モーターを駆動すると同時に、前記バッテリーからソレノイドバルブにも通電され、空燃比を変えて燃料含有量を適切な値にまで増加させる。 If the battery pack has an electronic circuit such as an overcharge prevention circuit or an overcurrent prevention circuit in addition to the overdischarge suppression circuit as its protection circuit, overheating of the battery due to overcharging is prevented, and Prevents ignition of peripheral devices due to electric current. Incidentally, the small electric motor for starting is stored by, for example, a speed reduction mechanism including a planetary gear group regardless of the housing volume being as small as 4.0 × 10 3 to 8.0 × 10 4 mm 3. It has sufficient capacity and torque to enable winding of the power spring. If a carburetor with an auto choke is installed, the electric motor for starting is driven when the engine is below a predetermined temperature, and at the same time, the solenoid valve is energized to change the air-fuel ratio and contain fuel. Increase the amount to an appropriate value.
以上の構成及び特性をもつエンジンの始動装置を搭載した作業機のエンジンに発電機が設置されれば、バッテリーあがりがなくなり、エンジンの始動時には常に所要の放電を可能とし、エンジンの円滑な始動につながる。ただ、本発明に採用される上記リチウム系二次電池に前記発電機によって充電する場合、1セルあたりの充電電圧が4.0〜4.4Vを越えるとバッテリー内の抵抗が急激に増えるとともに、容量の回復率が大幅に低下する傾向にある。そのためバッテリーパックに専用の過充電防止回路を設け、過充電を防止しバッテリーの寿命を向上させている。発電機のための上記磁石を設ける前記エンジンの回転部としては、エンジンの始動とともに常時回転するクランク軸に固設されたファンの周面の一部とすると、エンジン始動時から発電が開始されることと、コイルを設置するだけであるため、従来のエンジンケース自体を大型化する必要がない。 If a generator is installed in the engine of a work machine equipped with an engine starter having the above-mentioned configuration and characteristics, the battery will not rise and the required discharge can always be performed at the start of the engine for smooth engine start. Connected. However, when the lithium secondary battery employed in the present invention is charged by the generator, when the charging voltage per cell exceeds 4.0 to 4.4 V, the resistance in the battery increases rapidly, The capacity recovery rate tends to drop significantly. Therefore, a dedicated overcharge prevention circuit is provided in the battery pack to prevent overcharge and improve the battery life. If the rotating part of the engine provided with the magnet for the generator is a part of the peripheral surface of a fan fixed to the crankshaft that always rotates as the engine starts, power generation is started from the time of starting the engine. In addition, since only the coil is installed, it is not necessary to increase the size of the conventional engine case itself.
以下、添付図面を参照して本発明の代表的な実施形態を具体的に説明する。
図1は本発明の作業機に搭載される小型エンジンのハイブリッドセルスタータの始動回路図、図2は前記小型エンジンと作業機のハンドルに付設されるスイッチボックス内に収容されたバッテリーとの具体的な配線を示す斜視図である。
本実施形態による小型エンジン10は、図2に示すように従来と同様、シリンダー11、同シリンダー11の燃焼室に臨設された点火プラグ12、図示せぬピストン、同じく図示せぬクランク軸、同クランク軸に固設されたファン13、同ファン13の背面側(図2の手前側)に配された図示せぬ遠心クラッチを備えている。
Hereinafter, representative embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a starting circuit diagram of a hybrid engine starter for a small engine mounted on a work machine according to the present invention. FIG. 2 is a specific example of the small engine and a battery housed in a switch box attached to the handle of the work machine. It is a perspective view which shows various wiring.
As shown in FIG. 2, the small engine 10 according to this embodiment includes a cylinder 11, a spark plug 12 provided in the combustion chamber of the cylinder 11, a piston (not shown), a crankshaft (not shown), A fan 13 fixed to the shaft and a centrifugal clutch (not shown) arranged on the back side (the front side in FIG. 2) of the fan 13 are provided.
本実施形態による前記小型エンジン10には、図1及び図3に示すように、前述の構成機器の他に更にエンジン始動用の電動モーター131を駆動するための電源である後述するバッテリーを充電する発電機14と、エンジン始動時の空燃比を調整するオートチョーク付きキャブレター15とが設けられている。前記発電機14は、上記ファン13の周面の一部に固設された第1の磁石13aと、同磁石13aの回転面に対設される充電コイル14aとから構成される。前記オートチョーク付きキャブレター15には、図示せぬソレノイドバルブが装着されている。同ソレノイドバルブはエンジン停止時にはチョークコイル15bに通電されておらず、閉じた状態にあるが、エンジン始動時の始動スイッチ操作と同時にバッテリーパック16から前記チョークコイル15bに電流が流れて、バルブを開く方向に作動する。このソレノイドバルブの開閉量で、空燃比が制御される。本実施形態によれば、エンジンの爆発室の近傍に図示せぬ温度センサーが配され、同センサーの検出温度に基づいて前記バルブの開度が制御される。 As shown in FIGS. 1 and 3, the small engine 10 according to the present embodiment is charged with a battery, which will be described later, which is a power source for driving the electric motor 131 for starting the engine in addition to the above-described components. A generator 14 and a carburetor 15 with an auto choke that adjusts the air-fuel ratio when the engine is started are provided. The generator 14 includes a first magnet 13a fixed on a part of the peripheral surface of the fan 13 and a charging coil 14a provided on the rotating surface of the magnet 13a. A solenoid valve (not shown) is mounted on the carburetor 15 with an auto choke. The solenoid valve is not energized to the choke coil 15b when the engine is stopped and is in a closed state, but current flows from the battery pack 16 to the choke coil 15b simultaneously with the start switch operation at the time of engine start, and the valve is opened. Operate in the direction. The air-fuel ratio is controlled by the opening / closing amount of the solenoid valve. According to this embodiment, a temperature sensor (not shown) is disposed in the vicinity of the explosion chamber of the engine, and the opening degree of the valve is controlled based on the detected temperature of the sensor.
一方、本発明では電動モーター131を始めとして、エンジン10に配される各種の電気又は電子機器類は単一のバッテリーにより駆動され或いは作動される。本発明にあっては、前記バッテリーとしてリチウム系二次電池を使用することが重要である。このリチウム系二次電池は、既述したとおり小型軽量でありながら、単一の小型セル(cell) の出力電圧が、例えば従来のニッカド電池と比較して3倍強もあり、しかも本発明のようなセルスタータシステムのように浅い充放電を繰り返しても、容量が減少する、いわゆるメモリー効果がないため、長期間放置されたのちにもエンジンを円滑に始動させることが可能となる。また、リチウム系二次電池はニッカド電池と比べると自己放電量が僅かで1/5と圧倒的に少なく、ニッカド電池を含めた他の乾電池と比較しても、特に内部抵抗が低い。特に、安全性が高く高出力放電が可能なマンガン系リチウムイオン電池を採用することが望ましい。 On the other hand, in the present invention, various electric or electronic devices arranged in the engine 10 including the electric motor 131 are driven or operated by a single battery. In the present invention, it is important to use a lithium secondary battery as the battery. Although this lithium secondary battery is small and light as described above, the output voltage of a single small cell (cell) is more than three times that of, for example, a conventional nickel-cadmium battery. Even if shallow charge / discharge is repeated as in such a cell starter system, there is no so-called memory effect in which the capacity is reduced, so that the engine can be started smoothly even after being left for a long time. Further, the lithium secondary battery has an extremely small self-discharge amount of 1/5 as compared with the nickel-cadmium battery, and the internal resistance is particularly low even when compared with other dry batteries including the nickel-cadmium battery. In particular, it is desirable to employ a manganese-based lithium ion battery that is highly safe and capable of high output discharge.
本実施形態では、リチウム系二次電池の2セルを一組として使う。本実施形態における1セルの出力電圧は4.2V程度、放電容量は1000mAhであり、そのレート値は26Cと極めて高い。しかも、そのパック化されたバッテリーパック16の体積は僅かに2.5×104 mm3 であり、重量は70g程度に過ぎない。一方、本実施形態で使用する小型電動モーター131も、ハウジング体積が2.0×104 mm3 と極めて小型であり、その停動電流は1〜100A、停動トルクは100mNmと広範囲をカバーする。この始動用電動モーター131を駆動するには7.6〜8.0V程度以上の電源が必要となるため、エンジン始動用のバッテリーとしては前述のように2個のセル(cell)を用いる。例えば、1.2Vのニッカド電池を使って同じく7.0V程度以上の電圧を得ようとすれば、少なくとも6個以上の電池が必要となる。本実施形態のバッテリーは2個のセルからなるリチウム系二次電池と各種の電子回路とを内蔵する単一のパッケージ化がなされている。前記電子回路には、後述するバッテリー保護回路、バッテリー充電回路、及びエンジン駆動用の各種回路を含んでいる。前記リチウム系二次電池はハイレート化されており、本実施形態では全放電容量を1000mAh、前記始動用電動モーター131の駆動電流を26Aに設定している。 In the present embodiment, two lithium secondary batteries are used as a set. In this embodiment, the output voltage of one cell is about 4.2 V, the discharge capacity is 1000 mAh, and the rate value is as extremely high as 26C. Moreover, the volume of the packed battery pack 16 is only 2.5 × 10 4 mm 3 and the weight is only about 70 g. On the other hand, the small electric motor 131 used in the present embodiment is also extremely small with a housing volume of 2.0 × 10 4 mm 3, and its stationary current is 1 to 100 A and the stationary torque is 100 mNm, covering a wide range. . In order to drive the electric motor 131 for starting, a power source of about 7.6 to 8.0 V or more is required. Therefore, two cells are used as the engine starting battery as described above. For example, if a voltage of about 7.0 V or more is obtained using a 1.2 V NiCd battery, at least 6 batteries are required. The battery of this embodiment is formed into a single package containing a lithium-based secondary battery composed of two cells and various electronic circuits. The electronic circuit includes a later-described battery protection circuit, a battery charging circuit, and various circuits for driving the engine. The lithium secondary battery has a high rate. In this embodiment, the total discharge capacity is set to 1000 mAh, and the drive current of the starting electric motor 131 is set to 26 A.
パッケージ化された本実施形態によるバッテリーは、前述のように極めて小型化されているため、そのバッテリーパック16を始動装置のケース内に内蔵させてもよいが、本実施形態では後述するように作業機のハンドルに装着されるスイッチボックス17に取外し可能に収容するようにしている。そのため、図2に示すようにコネクター19の第1及び第2コネクター19a,19bに結線された複数本のリード線を介して、上記エンジン10の各種電気機器とバッテリーパック16とを接続している。図3は、その接続回路の一部を概略で示している。 Since the packaged battery according to the present embodiment is extremely miniaturized as described above, the battery pack 16 may be built in the case of the starting device. The switch box 17 attached to the handle of the machine is detachably accommodated. Therefore, as shown in FIG. 2, the various electrical devices of the engine 10 and the battery pack 16 are connected through a plurality of lead wires connected to the first and second connectors 19 a and 19 b of the connector 19. . FIG. 3 schematically shows a part of the connection circuit.
図1〜図3によれば、始動用スイッチ20をONすると、バッテリー保護回路の1つである過放電抑止回路Aを介して始動用の電動モーター131に放電され、同電動モーター131を起動させる。同時に、エンジンの爆発室周辺の温度が所定の温度を下回っていることを図示せぬ温度センサーにより検出したときには、空/燃比制御回路が作動してオートチョーク付きキャブレター15のチョークコイル15bに電流が流れ、キャブレター15aの吸気路に配された図示せぬソレノイドバルブが開かれて、小型エンジン10への供給燃料を増やす。エンジン10の爆発室周辺が所定の温度を越えているときは、チョークコイル15bに流れようとする電流を図示せぬ遮断回路によって遮断し、ソレノイドバルブを閉じたままにしている。このときのソレノイドバルブの駆動電流はせいぜい200〜800mAである。この駆動電流も前記バッテリーパック16から送られる。 1 to 3, when the start switch 20 is turned on, the electric motor 131 for start is discharged via the overdischarge suppression circuit A which is one of the battery protection circuits, and the electric motor 131 is started. . At the same time, when it is detected by a temperature sensor (not shown) that the temperature around the explosion chamber of the engine is lower than a predetermined temperature, the air / fuel ratio control circuit is activated and current is supplied to the choke coil 15b of the carburetor 15 with an auto choke. A solenoid valve (not shown) disposed in the intake passage of the carburetor 15a is opened, and fuel supplied to the small engine 10 is increased. When the periphery of the explosion chamber of the engine 10 exceeds a predetermined temperature, the current that flows through the choke coil 15b is blocked by a not-shown blocking circuit, and the solenoid valve is kept closed. At this time, the drive current of the solenoid valve is at most 200 to 800 mA. This drive current is also sent from the battery pack 16.
前記過放電抑止回路Aは、本発明の最も特徴部とする構成の一つであり、その基本的な機能は、上記電動モーター131の駆動により小型エンジン10を確実に始動させるに十分な時間を予め設定しておき、電動モーター131を起動して予め設定されている前記時間が経過したとき、電動モーター131の駆動回路を自動的に遮断して、電動モーター131の駆動を停止する。図4は、本実施形態における前記過放電抑止回路Aを構成するコンデンサーを使った典型的な時限回路の一例を示している。勿論、この過放電抑止回路に限定されるものではなく、また過放電抑止回路と過熱防止回路とを並設することができる。この過熱防止回路としては、例えばバッテリーパック16の内部温度を検出して、その検出値が予め設定された温度を越えたとき自動的にスタートスイッチを開けて放電を遮断したり、或いは始動用電動モーター131に流れる電流値を駆動時間で積分し、その値を熱量に変換して、その熱量が設定値を越えたとき自動的に放電を遮断したり、更には例えばモーター回転数が設定値を越えたとき自動的に放電を遮断するようする。 The overdischarge suppression circuit A is one of the most characteristic features of the present invention, and its basic function is to have sufficient time to start the small engine 10 reliably by driving the electric motor 131. When the electric motor 131 is preset and the preset time has elapsed, the drive circuit of the electric motor 131 is automatically shut off, and the drive of the electric motor 131 is stopped. FIG. 4 shows an example of a typical timing circuit using a capacitor constituting the overdischarge suppression circuit A in the present embodiment. Of course, the present invention is not limited to this overdischarge suppression circuit, and an overdischarge suppression circuit and an overheat prevention circuit can be provided in parallel. As this overheat prevention circuit, for example, the internal temperature of the battery pack 16 is detected, and when the detected value exceeds a preset temperature, the start switch is automatically opened to cut off the discharge, or the starting electric motor The current value flowing through the motor 131 is integrated with the driving time, and the value is converted into a heat amount. When the heat amount exceeds the set value, the discharge is automatically cut off. When it exceeds, discharge is automatically cut off.
図4において、いま電動モーター131の始動スイッチ20を入れると、a点にV1の電圧が生じ、b点ではコンデンサーCが充電される間、電圧V2が上昇を続ける。このときの電圧V1及びV2が一致すると、アンド回路29から信号が発せられて、それまで閉成されていた電子スイッチ30が開き、電動モーター131の駆動が停止される。このときの電動モーター131の起動から停止までの時間Tは、前記コンデンサーCの容量により決定される。 In FIG. 4, when the start switch 20 of the electric motor 131 is turned on, a voltage V1 is generated at the point a, and the voltage V2 continues to increase while the capacitor C is charged at the point b. When the voltages V1 and V2 at this time match, a signal is issued from the AND circuit 29, the electronic switch 30 that has been closed is opened, and the drive of the electric motor 131 is stopped. The time T from the start to the stop of the electric motor 131 at this time is determined by the capacity of the capacitor C.
本実施形態にあっては、前記電動モーター131の駆動継続時間Tを10秒に設定している。電動モーター131をストールさせて始動スイッチ20を入れ、モーター駆動回路にバッテリーパック16から26Aの電流を流すと、バッテリーパック16の内部回路が過熱してしまい、一部の回路素子が焼損して回路が破壊されてしまう。また、巻線温度がある温度を越えると電動モーター131も焼損して円滑な回転がなされなくなる。図5及び図6は、その実験を行った結果を示している。 In the present embodiment, the driving duration T of the electric motor 131 is set to 10 seconds. When the electric motor 131 is stalled, the start switch 20 is turned on, and a current of 26A is supplied from the battery pack 16 to the motor drive circuit, the internal circuit of the battery pack 16 is overheated, and some circuit elements are burned out. Will be destroyed. Further, when the winding temperature exceeds a certain temperature, the electric motor 131 is also burned out and cannot be smoothly rotated. 5 and 6 show the results of the experiment.
満充電(8.4V)状態にある前記バッテリーパックにより前記電動モーター131をストール状態で、電動モーター131に26Aの電流を15秒間流した。その結果、図5に示すように、時間の経過とともに電圧及び電流は双方ともに低下していく。図6は同じ条件にて電動モーター131に電流を12秒間流したときの、巻線温度の変動を示している。通常、この種の電動モーターでは、捲線の表面を被覆する絶縁膜の耐熱温度は180℃が限度とされている。同図からも理解できるとおり、電流を流し始めてから10秒後には187℃となり、前記絶縁膜の耐熱温度を上回るようになる。 The electric motor 131 was stalled by the battery pack in the fully charged (8.4 V) state, and a current of 26 A was passed through the electric motor 131 for 15 seconds. As a result, as shown in FIG. 5, both the voltage and current decrease with the passage of time. FIG. 6 shows fluctuations in winding temperature when a current is passed through the electric motor 131 for 12 seconds under the same conditions. Usually, in this type of electric motor, the heat resistance temperature of the insulating film covering the surface of the winding is limited to 180 ° C. As can be understood from the figure, 10 seconds after the current starts to flow, the temperature reaches 187 ° C., which exceeds the heat resistance temperature of the insulating film.
本実施形態にあっては、前記過放電抑止回路や過熱防止回路の他に、本発明の特徴部の一つでもあるリレー回路がバッテリーパックに内蔵されている。図7は同リレー回路を示している。本発明における同リレー回路は、始動スイッチの保護的な役割を果たしており、同回路は励磁式ではなくトランジスタ回路により構成されて極めて小型化されている。このリレー回路を設けないときは、例えば、本発明のように瞬間的に30Aの大きな電流を放電する高レートなバッテリーを使うと、始動スイッチを経由して電動モーターに直接流れて、始動スイッチ20の金属部分が焼けて溶け、スイッチONの状態が維持されるようになり、電動モーターが停止できない事態を発生しかねない。 In the present embodiment, in addition to the overdischarge suppression circuit and the overheat prevention circuit, a relay circuit that is one of the features of the present invention is built in the battery pack. FIG. 7 shows the relay circuit. The relay circuit according to the present invention plays a protective role as a start switch, and the circuit is constituted by a transistor circuit rather than an excitation type and is extremely miniaturized. When this relay circuit is not provided, for example, when a high-rate battery that instantaneously discharges a large current of 30 A as in the present invention is used, the battery directly flows to the electric motor via the start switch, and the start switch 20 As a result, the metal part of the metal is burned and melted, and the switch ON state is maintained, and the electric motor cannot be stopped.
本実施形態におけるリレー回路は、図7に示すように、始動スイッチ20が開いている間はトランジスタ29は抵抗が無限大となって回路に電流は流れず、過放電抑止回路Aである時限回路も作動状態にはない。勿論、電動モーターMにも駆動電流は流れていない。いま、始動スイッチをONにすると、バッテリーから放電される電流はトランジスタ31
を介して電動モーターM側の大電流と放電抑止回路A側の微小電流とに分かれ導通する。このとき、過放電抑止回路Aに慣れる電流は5mA程度と極めて低く、残る大電流が電動モーターMへと流れる。この電流が流れると同時に過放電抑止回路AのコンデンサーCが充電を開始して、同コンデンサーCの容量により決まる時間が経過すると、図示せぬスイッチング回路に信号が送られ、同スイッチング回路が開かれて、バッテリーの放電を停止させる。本実施形態では、前記放電時間を後述する理由から5〜10秒に設定している。
In the relay circuit according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, when the start switch 20 is open, the transistor 29 has an infinite resistance and no current flows through the circuit, and the time limit circuit is the overdischarge suppression circuit A. Is not in operation. Of course, no drive current flows through the electric motor M. Now, when the start switch is turned ON, the current discharged from the battery is the transistor 3 1
The electric current is divided into a large current on the electric motor M side and a minute current on the discharge suppression circuit A side through the electric current. At this time, the current used to the overdischarge suppression circuit A is as low as about 5 mA, and the remaining large current flows to the electric motor M. As soon as this current flows, the capacitor C of the overdischarge suppression circuit A starts charging, and when a time determined by the capacity of the capacitor C elapses, a signal is sent to a switching circuit (not shown) and the switching circuit is opened. Stop the battery discharge. In this embodiment, the discharge time is set to 5 to 10 seconds for the reason described later.
図8及び表1は、同じ電動モーターとバッテリーとを使い、更に上述の各種回路を配して同様の実験を行ったときの、バッテリー回路内の電流−時間−温度特性を示している。同図によれば、時間の経過に伴って負荷電流とバッテリー回路内の温度との間には同一勾配の直線的相関のあることが分かる。本実施形態によれば、始動スイッチ20を入れた直後の放電電流は26Aであるから、そのときの温度上昇は8.8℃であって、その上昇温度に達するまでの時間は図8から9.8秒間かかることが予想できる。 FIG. 8 and Table 1 show the current-time-temperature characteristics in the battery circuit when the same electric motor and battery are used and the above-described various circuits are arranged and the same experiment is performed. According to the figure, it can be seen that there is a linear correlation with the same gradient between the load current and the temperature in the battery circuit as time passes. According to this embodiment, since the discharge current immediately after the start switch 20 is turned on is 26 A, the temperature rise at that time is 8.8 ° C., and the time until the rise temperature is reached is shown in FIGS. . Expected to take 8 seconds.
一方、例えば携行式刈払機などの作業機にあっては、真夏、暑いときの直射日光下のバッテリーボックス付近温度は60℃程度の場合があり、一方バッテリー回路の耐熱は70℃を上限としている。こうした制約の下で、バッテリー回路の温度上昇を8.8℃に抑えれば、60℃+8.8℃=68.8℃となり、耐熱温度の70℃よりも低くなる。従って本実施形態にあっては、放電時間を5〜10秒に設定している。しかし、この放電時間は電動モーターの容量やバッテリーパックの放電容量などにより異なるため、一律に規定できるものではなく、本発明にあっては安全性をも見込んで、放電時間を操作者が違和感を感じないエンジンの始動時間となる5〜15秒に設定している。 On the other hand, for example, in a working machine such as a portable brush cutter, the temperature in the vicinity of the battery box under direct sunlight during summer and hot weather may be about 60 ° C., whereas the heat resistance of the battery circuit is limited to 70 ° C. . Under these constraints, if the temperature rise of the battery circuit is suppressed to 8.8 ° C., 60 ° C. + 8.8 ° C. = 68.8 ° C., which is lower than the heat resistant temperature of 70 ° C. Therefore, in this embodiment, the discharge time is set to 5 to 10 seconds. However, since this discharge time varies depending on the capacity of the electric motor, the discharge capacity of the battery pack, etc., it cannot be uniformly defined.In the present invention, the operator feels uncomfortable with the discharge time in consideration of safety. It is set to 5 to 15 seconds, which is the engine start time you don't feel.
本実施例によれば、バッテリーパック16に内蔵される上記バッテリー保護回路としては、上記過放電抑止回路Aの他にもバッテリーの過充電防止回路Bや図示せぬ過電流防止回路が内蔵されている。また同時に、同バッテリーパック16には図示せぬ充電回路及びエンジンの点火回路も内蔵されている。これらの過充電防止回路B、図示せぬ発電機からの充電回路及びエンジンの点火回路は従来から公知の回路であるため、ここではその詳しい説明は省略する。一方で前記過電流防止回路は、図示を省略するが各回路の配線のうち、必要な配線の途中に前記過電流防止回路を設けることにより構成されている。因みに、本実施形態にあっては、前記過電流防止回路を30A程度を上限として電流を遮断するようにしている。 According to the present embodiment, the battery protection circuit built in the battery pack 16 includes a battery overcharge prevention circuit B and an unillustrated overcurrent prevention circuit in addition to the overdischarge suppression circuit A. Yes. At the same time, the battery pack 16 also includes a charging circuit (not shown) and an engine ignition circuit. Since the overcharge prevention circuit B, the charging circuit from the generator (not shown), and the ignition circuit of the engine are conventionally known circuits, detailed description thereof is omitted here. On the other hand, although not shown, the overcurrent prevention circuit is configured by providing the overcurrent prevention circuit in the middle of necessary wiring among the wiring of each circuit. Incidentally, in the present embodiment, the overcurrent prevention circuit cuts off the current with an upper limit of about 30A.
エンジンが回転している間は上記過充電防止回路Bを介して発電機14が発電を継続し、その交流電力が図示せぬ平滑回路を介して平滑化されて上記バッテリーパック16に送られ、バッテリーパック16を充電する。このときの充電電圧が4.1Vを越えると、図10に示すように、上記リチウム系二次電池の内部抵抗率が急激に増加するとともに、容量回復率が急激に低下する。そのため、本実施形態では、バッテリーパックに内蔵されている過充電防止回路によって調整し、前記充電電圧を8.1V程度に抑えるようにしている。 While the engine is rotating, the generator 14 continues to generate power through the overcharge prevention circuit B, and the AC power is smoothed through a smoothing circuit (not shown) and sent to the battery pack 16. The battery pack 16 is charged. When the charging voltage at this time exceeds 4.1 V, as shown in FIG. 10, the internal resistivity of the lithium secondary battery increases rapidly and the capacity recovery rate decreases rapidly. For this reason, in the present embodiment, adjustment is made by an overcharge prevention circuit built in the battery pack so that the charging voltage is suppressed to about 8.1V.
また他の実施例にあっては、作業機の不使用時、或いはエンジンの停止時には、バッテリーパック16の内部回路への放電を防ぎ、バッテリー寿命を向上させるための改良がなされている。図9は、バッテリーパック16の内部回路への放電が禁止される場合の回路をブロック線図で示している。この図では、前記バッテリーパック16の内部回路のうち、上記過放電抑止回路A及び過充電防止回路Bを代表的な回路として例示したときの全体のブロック線図である。同図にあって、仮想線で示す右側ブロックCが外部配線を示し、左側ブロックDが本発明のバッテリーパック16の内部配線を示している。 In another embodiment, when the working machine is not used or when the engine is stopped, the battery pack 16 is prevented from being discharged into the internal circuit, and the battery life is improved. FIG. 9 is a block diagram showing a circuit when discharge to the internal circuit of the battery pack 16 is prohibited. In this figure, among the internal circuits of the battery pack 16, the overdischarge suppression circuit A and the overcharge prevention circuit B are illustrated as typical circuit diagrams. In the figure, a right block C indicated by a virtual line indicates external wiring, and a left block D indicates internal wiring of the battery pack 16 of the present invention.
同図に示したとおり、エンジン側の8本の外部配線が上記第1コネクター19aに接続され、前記バッテリーパック16から外部に露呈させた内部回路の端子は8本の外部配線を介して第2コネクター19bに接続され、第1及び第2コネクター19a,19bが互いに係脱可能とされている。図示例では、外部配線及びバッテリーパック16の各入出力端子は、それぞれ8つずつ有している。図示例について、その具体的な配線を述べると、入出力端子1,2,7,8により形成される閉回路はバッテリーパック16の電動モーター駆動回路や保護回路の自己放電を回避するために必要な回路であり、入出力端子3〜6が上記過放電抑止回路Aを含む電動モーター駆動回路と上記充填回路Bとを、外部配線に接続するための端子である。 As shown in the figure, eight external wires on the engine side are connected to the first connector 19a, and the terminals of the internal circuit exposed to the outside from the battery pack 16 are connected to the second via the eight external wires. Connected to the connector 19b, the first and second connectors 19a, 19b are detachable from each other. In the illustrated example, there are eight external wirings and eight input / output terminals of the battery pack 16. The specific wiring of the illustrated example will be described. The closed circuit formed by the input / output terminals 1, 2, 7, and 8 is necessary to avoid the self-discharge of the electric motor driving circuit and the protection circuit of the battery pack 16. The input / output terminals 3 to 6 are terminals for connecting the electric motor drive circuit including the overdischarge suppression circuit A and the filling circuit B to external wiring.
作業時にはバッテリーパック16をスイッチボックス17に装着することにより、全ての内部回路が電気的に接続されるようになっており、バッテリーによる駆動を可能にしている。いま、バッテリーパック16をスイッチボックス17から取り外すと、バッテリーからの放電はバッテリー自身の自己放電のみとなり、バッテリー寿命を長く延ばすことが可能となる。 By attaching the battery pack 16 to the switch box 17 at the time of work, all the internal circuits are electrically connected, and the battery can be driven. Now, when the battery pack 16 is removed from the switch box 17, the discharge from the battery is only the self-discharge of the battery itself, and the battery life can be prolonged.
図10は、作業時、不作業時を問わず、エンジンストップスイッチ23を切ると同時に、バッテリーパック16に内蔵されたクローズド回路及びオープン回路の全てが同時に遮断される例を示している。すなわち、同図にあって、4つの上記入出力端子1,2と7,8とをスイッチ31,32を介して接続と開放を可能にするとともに、これらのスイッチ31,32をエンジンストップスイッチ23の動作に連動するように構成している。エンジンストップスイッチ23がONの状態では点火プラグ12に接続されておらず、始動スイッチ20及び上記入出力端子1,2と7,8間の各スイッチ31,32も、それぞれ開いた状態にある。 FIG. 10 shows an example in which all of the closed circuit and the open circuit built in the battery pack 16 are simultaneously cut off at the same time when the engine stop switch 23 is turned off regardless of whether the operation is performed or not. That is, in the figure, the four input / output terminals 1, 2, 7, and 8 can be connected and disconnected through the switches 31 and 32, and these switches 31 and 32 are connected to the engine stop switch 23. It is configured to be linked to the operation of When the engine stop switch 23 is ON, it is not connected to the spark plug 12, and the start switch 20 and the switches 31, 32 between the input / output terminals 1, 2, 7, and 8 are also open.
いま、この状態で始動スイッチ20及びエンジンストップスイッチ23を閉じると、バッテリーから電動モーター131に向けて放電がなされ、エンジン10が始動する。このとき同時にバッテリーと点火プラグ12とが接続されて、エンジン10は回転を続ける。ここで、エンジンの回転を停止させる必要が生じたときには、エンジンストップスイッチ23を切り、点火回路22のコイル12aのKILL端子をグランドに接続しエンジンを停止させる。このエンジンストップスイッチ23の切り操作により、二組の入出力端子1,2と7,8間に配された上記スイッチ31,32も同時に接続が絶たれる。このスイッチ31,32が開くことによりバッテリーパック16の内部回路の全ての回路が回路ごとに遮断される。 Now, when the start switch 20 and the engine stop switch 23 are closed in this state, the battery 10 is discharged toward the electric motor 131 and the engine 10 is started. At the same time, the battery and the spark plug 12 are connected, and the engine 10 continues to rotate. Here, when it is necessary to stop the rotation of the engine, the engine stop switch 23 is turned off, and the KILL terminal of the coil 12a of the ignition circuit 22 is connected to the ground to stop the engine. By turning off the engine stop switch 23, the switches 31 and 32 arranged between the two sets of input / output terminals 1, 2, 7 and 8 are also disconnected at the same time. When the switches 31 and 32 are opened, all the internal circuits of the battery pack 16 are shut off for each circuit.
図12に上記接続回路を備えた本発明の実施形態であるエンジン始動装置100と小型エンジン10との組立図を示している。図12〜図15は、同実施形態における前記エンジン始動装置100の各構成機器の配置及び構造を示す説明図である。本実施形態によるエンジン始動装置100は、小型空冷式ガソリンエンジン等に適用され、同始動装置100はその内燃エンジン10のクランク軸25の入力端部に近接して配置される。 FIG. 12 shows an assembly diagram of the engine starter 100 and the small engine 10 according to an embodiment of the present invention provided with the connection circuit. 12-15 is explanatory drawing which shows arrangement | positioning and structure of each component apparatus of the said engine starting apparatus 100 in the embodiment. The engine starter 100 according to the present embodiment is applied to a small air-cooled gasoline engine or the like, and the starter 100 is disposed close to the input end of the crankshaft 25 of the internal combustion engine 10.
このエンジン始動装置100は、蓄力部110と動力伝達部120と電動式駆動部130とを備え、これらの蓄力部110、動力伝達部120及び電動式駆動部130は一つのユニットに組み立てられて、単一のケース140に収容される。このケース140は、上半部が蓄力部110と動力伝達部120とを収容する方形状を呈する第1空間Aと、下半部が駆動部130を収容する下端に向けて漸次幅狭となる逆三角形状を呈する第2空間Bとを有し、エンジン側と反エンジン側との半割り構造からなり、第1及び第2ケース体140a,140bを有している。 The engine starter 100 includes a power storage unit 110, a power transmission unit 120, and an electric drive unit 130. The power storage unit 110, the power transmission unit 120, and the electric drive unit 130 are assembled into one unit. And accommodated in a single case 140. The case 140 has a first space A that has a square shape in which the upper half accommodates the accumulator 110 and the power transmission unit 120, and a lower half that gradually narrows toward the lower end that accommodates the drive unit 130. And a second space B having an inverted triangular shape. The second space B has a halved structure of the engine side and the anti-engine side, and includes first and second case bodies 140a and 140b.
エンジン側の第1ケース体140aの上半部は略方形の窓部141とされ、その下半部の中央部に上記電動式駆動部130の構成部材の一つである後述する高減速機構132を嵌挿支持する減速機構嵌挿孔142が形成されている。前記方形窓部141の四隅内側には第1ケース体140aをエンジン10に固設するためのボルト挿通孔143が形成され、また前記方形窓部141の枠部の上二隅と下二隅の下方との4箇所に上記第2ケース体140bと結合するためのネジ孔144が形成されている。一方、反エンジン側の前記第2ケース体140bの第1空間Aを形成する底部内壁面の中央にはエンジン方向に向けて軸部145が突設されており、同軸部145の垂直下方にあって前記第2空間Bを形成する背壁部の前記減速機構嵌挿孔142の中心に対応する部位には内部空間と連通するレンチ挿入孔146が形成されている。また、前記第1ケース体140aのネジ孔144に対応する同第2ケース体140bの部位にも、それぞれにボルト挿通孔147が形成されている。 The upper half of the first case body 140a on the engine side is a substantially rectangular window 141, and a high speed reduction mechanism 132, which will be described later, is one of the constituent members of the electric drive unit 130 at the center of the lower half. A speed-reduction mechanism insertion hole 142 for inserting and supporting is formed. Bolt insertion holes 143 for fixing the first case body 140a to the engine 10 are formed inside the four corners of the rectangular window 141, and the upper two corners and the lower two corners of the frame of the rectangular window 141 are formed. Screw holes 144 for coupling to the second case body 140b are formed at four locations below. On the other hand, a shaft portion 145 protrudes in the center of the inner wall surface of the bottom portion forming the first space A of the second case body 140b on the side opposite to the engine and extends vertically below the coaxial portion 145. A wrench insertion hole 146 that communicates with the internal space is formed in a portion of the back wall portion that forms the second space B corresponding to the center of the speed reduction mechanism fitting insertion hole 142. In addition, bolt insertion holes 147 are also formed in portions of the second case body 140b corresponding to the screw holes 144 of the first case body 140a.
上記蓄力部110は、図12及び図13に示すとおり、ゼンマイばね111とゼンマイ香箱112とからなり、ゼンマイ香箱112の外周面の半部には周方向に連続する平歯車113が形成されている。また、このゼンマイ香箱112の中心には貫通孔112aが形成されるとともに、その貫通孔112aには軸受状のワンウェイクラッチ114の外輪が密嵌され、そのワンウェイクラッチ114の内輪に前記第2ケース体140bの上記軸部145が圧入固定される。更に、同ゼンマイ香箱112のエンジン側には図示せぬゼンマイばね収容空間が形成されており、そのゼンマイばね収容空間の周壁の一部に、前記ゼンマイばね111の外側端部111aを係着固定する図示せぬ外側端固定溝が形成されている。 As shown in FIGS. 12 and 13, the power storage unit 110 includes a spring spring 111 and a spring barrel 112, and a spur gear 113 continuous in the circumferential direction is formed on a half of the outer peripheral surface of the spring barrel 112. Yes. A through hole 112a is formed at the center of the mainspring barrel 112, and an outer ring of a bearing-like one-way clutch 114 is tightly fitted into the through-hole 112a, and the second case body is fitted to the inner ring of the one-way clutch 114. The shaft portion 145 of 140b is press-fitted and fixed. Further, a spring spring housing space (not shown) is formed on the engine side of the mainspring barrel 112, and the outer end 111a of the spring spring 111 is fixedly fixed to a part of the peripheral wall of the spring spring housing space. An outer end fixing groove (not shown) is formed.
なお本実施形態によれば、前述のようにゼンマイ香箱112を軸受型のワンウェイクラッチ114をもって一方向の回転だけを許容しているが、このワンウェイクラッチ114に代えて、例えば図16に示すように上記ゼンマイ香箱112の外周面に上記平歯車113とは別のラチェット歯115を形成する一方、第2ケース体140bの一部に前記ラチェット歯115と係合するラチェット爪116を回動自在に支承させても、同様にゼンマイ香箱112に一方向の回転だけを許容させることができる。このとき、前記ラチェット爪116は同じく第2ケース体140bに取り付けられたバネ部材117により、常に前記ラチェット歯115と係合する方向に付勢されている。この場合、ゼンマイ香箱112は通常の平軸受118を介して上記軸部145に回転可能に支承される。 According to this embodiment, the mainspring barrel 112 is allowed to rotate only in one direction with the bearing type one-way clutch 114 as described above, but instead of the one-way clutch 114, for example, as shown in FIG. A ratchet tooth 115 different from the spur gear 113 is formed on the outer peripheral surface of the mainspring barrel 112, and a ratchet claw 116 engaging with the ratchet tooth 115 is rotatably supported on a part of the second case body 140b. Even in this case, the mainspring barrel 112 can be allowed to rotate only in one direction. At this time, the ratchet pawl 116 is always urged in a direction to engage with the ratchet teeth 115 by a spring member 117 similarly attached to the second case body 140b. In this case, the mainspring barrel 112 is rotatably supported on the shaft portion 145 via a normal flat bearing 118.
上記動力伝達部120は、図9の一部を拡大して示す図13〜図16に示すように、起動プーリー121と同起動プーリー121に係脱する係脱部材122とから構成される。前記起動プーリー121の中心には上記第2ケース体140bから突出する軸部145が遊挿できる遊挿孔121aが形成され、同起動プーリー121の反エンジン側の中心部には、図5に示すとおり、前記遊挿孔121aを囲むようにしてゼンマイ香箱112に向けて突設するゼンマイばね端固定部121bが形成されている。このゼンマイばね端固定部121bには上記ゼンマイばね111の内側端部111bを係着固定する内側端固定溝121b' が形成されている。前記軸部145の先端部には図示せぬネジ孔が形成されており、組み立てが終了した時点で同ネジ孔に止めネジ148がねじ込まれ、蓄力部110及び起動プーリー121が第2ケース体140bに収容固定される。 The power transmission unit 120 includes an activation pulley 121 and an engagement / disengagement member 122 that engages and disengages with the activation pulley 121, as shown in FIGS. In the center of the starting pulley 121, a loose insertion hole 121a is formed in which the shaft portion 145 protruding from the second case body 140b can be loosely inserted. The central portion of the starting pulley 121 on the non-engine side is shown in FIG. As described above, a spring spring end fixing portion 121b is formed to project toward the mainspring barrel 112 so as to surround the loose insertion hole 121a. The spring spring end fixing portion 121b is formed with an inner end fixing groove 121b 'for engaging and fixing the inner end portion 111b of the spring spring 111. A screw hole (not shown) is formed at the distal end portion of the shaft portion 145. When the assembly is completed, a set screw 148 is screwed into the screw hole, and the power storage portion 110 and the start pulley 121 are connected to the second case body. It is accommodated and fixed to 140b.
また、前記起動プーリー121のエンジン側中心部には、エンジン10のクランク軸25に装着された遠心クラッチ機構の一要素である係合爪26と係合する、図15に示すような周面にラチェット歯121dを有する係合突部121cが突設されている。この係合突部121cは、ゼンマイ香箱112が回転してゼンマイばね111にバネ力が蓄えられる過程で発生する解放方向のエネルギーを受けながら、エンジンの最大負荷を越えるまでは前記クランク軸25に装着された係合爪26と係合して静止しているが、ゼンマイばね111に蓄えられた蓄力がエンジンの最大負荷を越えると前記係合爪26と係合したまま共回りを始め、エンジンを始動させる。エンジン回転が定常状態に入ると、その遠心力により係合爪26は起動プーリー121の前記係合突部121cとの係合が外れ、エンジン回転が続けられる。 Further, the engine-side central portion of the start pulley 121 is engaged with an engaging claw 26 that is an element of a centrifugal clutch mechanism mounted on the crankshaft 25 of the engine 10 and has a circumferential surface as shown in FIG. An engaging protrusion 121c having ratchet teeth 121d is provided. The engaging protrusion 121c is attached to the crankshaft 25 until the maximum load of the engine is exceeded while receiving the energy in the releasing direction generated when the spring barrel 112 rotates and the spring force is stored in the spring 111. When the accumulated force stored in the mainspring spring 111 exceeds the maximum load of the engine, the engine engages with the engagement claw 26 and starts rotating together. Start. When the engine rotation enters a steady state, the engagement claw 26 is disengaged from the engagement protrusion 121c of the start pulley 121 by the centrifugal force, and the engine rotation is continued.
更に、前記起動プーリー121の外周には所定の間隔をおいてラチェット歯123が形成されており、起動プーリー121の全体がラチェットホイールを構成している。上記係脱部材122は、その一端122bが第1ケース体140aのボス部140a−1に回転自在に支承され、押し釦149によってその先端122aを回動操作させて前記起動プーリー121の外周ラチェット歯123に係脱させ、同起動プーリー121の回転を許容し或いは回転を不能にする。この係脱部材122の前記先端122aは、捻じりバネ150により、通常のエンジン始動時には前記ラチェット歯123から外れる方向に付勢されており、前記一端122bを前記捻じりバネ150の付勢に抗して回転させることにより、初めてその先端122aを前記ラチェット歯123に係合させることができる。ここで、係脱部材122と起動プーリー121のラチェット歯123とが、本発明における回転阻止手段に相当する。 Further, ratchet teeth 123 are formed on the outer periphery of the start pulley 121 at a predetermined interval, and the start pulley 121 as a whole constitutes a ratchet wheel. One end 122b of the engagement / disengagement member 122 is rotatably supported by the boss portion 140a-1 of the first case body 140a, and the distal end 122a thereof is rotated by the push button 149 to rotate the outer peripheral ratchet teeth of the start pulley 121. 123, the start pulley 121 is allowed to rotate or cannot be rotated. The distal end 122a of the engagement / disengagement member 122 is urged by a torsion spring 150 in a direction away from the ratchet teeth 123 during normal engine start, and the one end 122b is resisted against the urging of the torsion spring 150. Then, the tip 122a can be engaged with the ratchet teeth 123 for the first time by rotating. Here, the engagement / disengagement member 122 and the ratchet teeth 123 of the start pulley 121 correspond to the rotation preventing means in the present invention.
本実施形態によれば、前記係脱部材122の先端122aを付勢に抗して回転させるには、図12及び図13に示すように、第1ケース体140aの周壁部の一部に取り付けた押し釦149のピン先端のボール部分149aを係脱部材122の先端122aに嵌着してあり、前記押し釦149を押し込むことにより前記係脱部材122が捻じりバネ150の付勢に抗してラチェット歯123に向けて回動させる。この押込み操作により、押し釦149は図示せぬロック手段によりロックされ、次に押し釦149を手前側に引くとロックが解除されて、係脱部材122はラチェット歯123との係合が外れる方向に回動する。更に係脱部材122は、捻じりバネ150の付勢によって、第1ケース体140aの周壁部に固定される。 According to the present embodiment, in order to rotate the front end 122a of the engagement / disengagement member 122 against urging, it is attached to a part of the peripheral wall portion of the first case body 140a as shown in FIGS. Further, the ball portion 149 a at the tip of the pin of the push button 149 is fitted to the tip 122 a of the engagement / disengagement member 122, and the engagement / disengagement member 122 resists the bias of the torsion spring 150 by pushing the push button 149. And rotate toward the ratchet teeth 123. By this pushing operation, the push button 149 is locked by a locking means (not shown). Next, when the push button 149 is pulled to the front side, the lock is released and the engagement / disengagement member 122 is disengaged from the ratchet teeth 123. To turn. Further, the engagement / disengagement member 122 is fixed to the peripheral wall portion of the first case body 140 a by the bias of the torsion spring 150.
上記電動式駆動部130は、既述した始動用電動モーター131と、同電動モーター131の出力軸と結合される高減速機構132とからなり、前記電動モーター131の高速回転が前記高減速機構132を介して減速されて上記ゼンマイ香箱112に伝達される。前記高減速機構132は、小型の遊星歯車機構132aと同遊星歯車機構132aの出力軸に固着される平歯車132bとから構成される。前記減速機構132として、遊星歯車機構132aと平歯車132bとを組み合わせて採用しているため、その入力部と出力軸とは同一軸線上に配することができ、その軸線を上記第2ケース体140bからエンジン側に向けて突出する上記軸部145と平行に配することを可能にする。しかも本実施形態では、この電動式駆動部130の軸線を前記軸部145のほぼ垂直下方に配している。このことは、本発明がリコイル機構を排除するとともに、従来は蓄力部110及び動力伝達部120の下方に配されていたバッテリーをケース140外の、例えば作業機の図示せぬ操作ハンドルに装着されるスイッチボックス17(図3参照)に配するようにし、その空き空間に上記電動式駆動部130を配することにより、上記ケース140の軸線方向の長さを短尺にするとともに、ケース140の左右幅をも最小限まで短くすることを可能にする。 The electric drive unit 130 includes the starter electric motor 131 described above and the high speed reduction mechanism 132 coupled to the output shaft of the electric motor 131, and the high speed rotation of the electric motor 131 causes the high speed reduction mechanism 132. And is transmitted to the mainspring barrel 112. The high speed reduction mechanism 132 includes a small planetary gear mechanism 132a and a spur gear 132b fixed to the output shaft of the planetary gear mechanism 132a. Since the planetary gear mechanism 132a and the spur gear 132b are used in combination as the speed reduction mechanism 132, the input portion and the output shaft can be arranged on the same axis, and the axis is the second case body. It is possible to arrange in parallel with the shaft portion 145 protruding from the engine 140b toward the engine. Moreover, in the present embodiment, the axis of the electric drive unit 130 is disposed substantially vertically below the shaft unit 145. This is because the present invention eliminates the recoil mechanism and attaches the battery, which is conventionally arranged below the power storage unit 110 and the power transmission unit 120, to the operation handle (not shown) of the work machine, for example, outside the case 140. The switch 140 is arranged in the switch box 17 (see FIG. 3), and the electric drive unit 130 is arranged in the empty space, so that the length of the case 140 in the axial direction is shortened. The left and right width can be shortened to the minimum.
本実施形態による前記遊星歯車機構132aは、リング状の太陽歯車である第1〜第3の内歯歯車132a−1〜132a−3を備えており、その遊星歯車機構132aが上記電動部収容ケース134に上記電動モーター131と共に収容固定されるようになっている。すなわち、前記第1及び第3の内歯歯車132a−1,132a−3の外周面には回転軸と平行に延びる複数本の突条132a' −1,132a' −3が突設されており、前記電動部収容ケース134の内周面には前記突条132a' −1,132a' −3の対応した位置に軸線に平行に延び、前記突条132a' −1,132a' −3が嵌着する嵌着溝134a−1が同数形成されている。 The planetary gear mechanism 132a according to the present embodiment includes first to third internal gears 132a-1 to 132a-3, which are ring-shaped sun gears, and the planetary gear mechanism 132a is the above-described electric part housing case. 134 is accommodated and fixed together with the electric motor 131. That is, a plurality of protrusions 132a'-1 and 132a'-3 extending in parallel with the rotation shaft are provided on the outer peripheral surfaces of the first and third internal gears 132a-1 and 132a-3. In addition, on the inner circumferential surface of the electric part housing case 134, the protrusions 132a'-1, 132a'-3 extend parallel to the axis at the corresponding positions of the protrusions 132a'-1, 132a'-3, and the protrusions 132a'-1, 132a'-3 are fitted. The same number of fitting grooves 134a-1 to be worn are formed.
本実施形態では、前記電動部収容ケース134はエンジン側とは反対側が開口する有底円筒体からなり、円筒状本体134aと底部134bとに2分割されている。各円筒状本体134a及び底部134bの前記嵌着溝134a−1が形成されている外周面部分には、軸線に平行に延びる突条134c,134dが突設されており、底部134bの突条134dにはネジ孔が形成され、円筒状本体134aの突条134cにはボルト挿通孔が形成されている。かかる構成を備えた電動部収容ケース134の前記嵌着溝134aに、前記遊星歯車機構132aの上記突条132a' −1,132a' −3を嵌着させて、電動モーター131及び遊星歯車機構132aが収容固定される。電動モーター131及び遊星歯車機構132aを収容した電動部収容ケース134は、第1ケース体140aに形成された上記電動部密嵌孔142に密嵌されて支持される。このとき、前記電動部収容ケース134に収容された電動モーター131及び遊星歯車機構132aは、同遊星歯車機構132aの出力軸を外部に露呈して固定フレーム135により、図示せぬボルトとナットを介して締結固定される。こうして電動部収容ケース134に収容固定された前記遊星歯車機構132aの出力軸の先端には上記平歯車132aが固設される。 In the present embodiment, the electric part housing case 134 is formed of a bottomed cylindrical body that opens on the side opposite to the engine side, and is divided into a cylindrical main body 134a and a bottom part 134b. Protrusions 134c and 134d extending in parallel to the axis are provided on the outer peripheral surface portion of the cylindrical main body 134a and the bottom 134b where the fitting groove 134a-1 is formed, and the protrusion 134d of the bottom 134b. Is formed with a screw hole, and a protrusion 134c of the cylindrical body 134a is formed with a bolt insertion hole. The protrusions 132a′-1 and 132a′-3 of the planetary gear mechanism 132a are fitted into the fitting grooves 134a of the electric part housing case 134 having such a configuration, and the electric motor 131 and the planetary gear mechanism 132a are fitted. Is fixed. The electric part accommodating case 134 that accommodates the electric motor 131 and the planetary gear mechanism 132a is tightly fitted and supported in the electric part close fitting hole 142 formed in the first case body 140a. At this time, the electric motor 131 and the planetary gear mechanism 132a accommodated in the electric part accommodating case 134 expose the output shaft of the planetary gear mechanism 132a to the outside and the fixing frame 135 via bolts and nuts (not shown). And fastened. Thus, the spur gear 132a is fixed to the tip of the output shaft of the planetary gear mechanism 132a housed and fixed in the electric part housing case 134.
本実施形態によれば、小型電動モーター131とゼンマイ香箱112との間の減速比を1/50に設定している。また、前記遊星歯車機構132aの出力軸に固着される平歯車132bと上記ゼンマイ香箱112の外周に形成される平歯車113との減速比は1/2. 5と設定されている。そのため、前記遊星歯車機構132aの減速比は1 /20に設定される。前記遊星歯車機構132aの出力軸133、すなわち前記平歯車132bの支軸軸端には図示せぬ例えば六角レンチと係合できる係合部133aが形成されており、その軸線上に上記第2ケース体140bの背壁部に形成されたレンチ挿入孔146の中心を位置させている。 According to the present embodiment, the reduction ratio between the small electric motor 131 and the mainspring barrel 112 is set to 1/50. The reduction ratio between the spur gear 132b fixed to the output shaft of the planetary gear mechanism 132a and the spur gear 113 formed on the outer periphery of the mainspring barrel 112 is set to 1 / 2.5. Therefore, the reduction ratio of the planetary gear mechanism 132a is set to 1/20. An engagement portion 133a that can be engaged with, for example, a hexagon wrench (not shown) is formed at the output shaft 133 of the planetary gear mechanism 132a, that is, the end of the support shaft of the spur gear 132b, and the second case is formed on the axis. The center of the wrench insertion hole 146 formed in the back wall portion of the body 140b is positioned.
さて、以上のように構成された本実施形態による構成部材をケース140に収容して組み立てるには、第2ケース体140aの上記軸部145を、 ワンウェイクラッチ114を密嵌したゼンマイ香箱112の貫通孔112aに圧入固定することにより行う。このとき、ゼンマイ香箱112のゼンマイばね収容空間の周壁に形成された図示せぬ外側端固定溝にゼンマイばね111の外側端部が係着固定されている。次いで、上記起動プーリー121の中心部に形成された上記ゼンマイばね端固定部121bの内側端固定溝121b' に前記ゼンマイばね111の内側端部を係着固定する。続いて、同ゼンマイばね端固定部121bを貫通する上記遊挿孔121aに、前記第2ケース体140bの上記軸部145を遊挿したのち、前記軸部145の先端部のネジ孔に留めネジ147をねじ込んで、前記ゼンマイ香箱1と起動プーリー121とを第2ケース体140bに収容組付けが終了する。 Now, in order to house and assemble the constituent members according to the present embodiment configured as described above in the case 140, the shaft portion 145 of the second case body 140a is penetrated through the mainspring barrel 112 in which the one-way clutch 114 is closely fitted. This is done by press-fitting and fixing to the holes 112a. At this time, the outer end of the mainspring spring 111 is fixedly engaged with an outer end fixing groove (not shown) formed in the peripheral wall of the mainspring spring accommodating space of the mainspring barrel 112. Next, the inner end portion of the mainspring spring 111 is fixedly engaged with an inner end fixing groove 121b ′ of the mainspring spring end fixing portion 121b formed at the center of the starting pulley 121. Subsequently, after the shaft portion 145 of the second case body 140b is loosely inserted into the loose insertion hole 121a that penetrates the spring spring end fixing portion 121b, the screw is fixed to the screw hole at the distal end portion of the shaft portion 145. 147 is screwed in, and the assembly of the mainspring barrel 1 and the starting pulley 121 into the second case body 140b is completed.
一方、上記電動式駆動部130のケース140への組み付けるにあたっては、上記直流電動モーター131と、減速機構132の遊星歯車機構132a及び平歯車132bとが予め組付けられて組立体とされている。この組立体の前記遊星歯車機構132aの外周面に形成された上記突条132a' −1,132a' −3を、第1ケース体140aに形成された上記減速機構嵌挿孔142の内面嵌着溝142aに嵌着して固定支持させる。このあとで、第1ケース体140aの方形窓部141の四隅に形成された4個のボルト挿通孔143を介してボルト28をもってクランクケース29に締結する。このとき同時に、電動モーター131をクランクケース29の所定の位置に位置決めして固設する。 On the other hand, when the electric drive unit 130 is assembled to the case 140, the DC electric motor 131 and the planetary gear mechanism 132a and the spur gear 132b of the reduction mechanism 132 are assembled in advance to form an assembly. The protrusions 132a'-1 and 132a'-3 formed on the outer peripheral surface of the planetary gear mechanism 132a of this assembly are fitted into the inner surface of the speed reduction mechanism fitting insertion hole 142 formed in the first case body 140a. The groove 142a is fitted and fixedly supported. Thereafter, the bolt 28 is fastened to the crankcase 29 through four bolt insertion holes 143 formed at the four corners of the rectangular window portion 141 of the first case body 140a. At the same time, the electric motor 131 is positioned and fixed at a predetermined position of the crankcase 29.
こうして、第1ケース体140aを電動式駆動部130とともにクランクケース29に固設したのち、第2ケース体140bのネジ挿通孔147を介してボルト28を第1ケース体140aのネジ孔144にねじ込み、上述のように蓄力部110及び動力伝達部120が組付けられた第2ケース体140bを前記第1ケース体140aに固設一体化する。第1ケース体140aに第2ケース体140bを固設するとき、前記係脱部材122の回動他端122cを前記起動プーリー121の外周ラチェット歯123に係着させる。係脱部材122を、ボス部140a−1に枢支させるとき、捩りバネ150によって、同係脱部材122の端部122bを操作しないかぎり、その先端122cが前記ラチェット歯123と係合しない方向に付勢させる。 Thus, after fixing the first case body 140a to the crankcase 29 together with the electric drive unit 130, the bolt 28 is screwed into the screw hole 144 of the first case body 140a via the screw insertion hole 147 of the second case body 140b. As described above, the second case body 140b in which the power storage unit 110 and the power transmission unit 120 are assembled is fixedly integrated with the first case body 140a. When the second case body 140b is fixed to the first case body 140a, the rotating other end 122c of the engagement / disengagement member 122 is engaged with the outer peripheral ratchet teeth 123 of the start pulley 121. When the engagement / disengagement member 122 is pivotally supported by the boss portion 140 a-1, unless the end portion 122 b of the engagement / disengagement member 122 is operated by the torsion spring 150, the front end 122 c is not engaged with the ratchet teeth 123. Energize.
以上の構成を備えた本実施形態による電動式のエンジン始動装置100は、既述したとおりケース140には、従来のようなリコイル式駆動部とバッテリーとを排除して、蓄力部110のゼンマイばね111を収容したゼンマイ香箱112と動力伝達部120の起動プーリー121とを同一軸部145に支持し、その軸部145の垂直下方にあって同軸部145と、平行な軸線上に電動式駆動部130である電動モーター131と減速機構132を構成する遊星歯車機構132a及び平歯車132bが配されているに過ぎない。また、前記電動モーター131及び遊星歯車機構132aにも超小型のものが使われているため、ケース140に極めてコンパクトに納められ、その結果、ケース140自体、すなわち始動装置全体を極めて小型化している。 The electric engine starter 100 according to the present embodiment having the above-described configuration is, as described above, the case 140 excludes the conventional recoil-type drive unit and battery, and the spring of the energy storage unit 110. The mainspring barrel 112 containing the spring 111 and the start pulley 121 of the power transmission unit 120 are supported by the same shaft portion 145, and are electrically driven on the axis parallel to the coaxial portion 145 and vertically below the shaft portion 145. The planetary gear mechanism 132a and the spur gear 132b which comprise the electric motor 131 which is the part 130, and the deceleration mechanism 132 are only arranged. In addition, since the electric motor 131 and the planetary gear mechanism 132a are also very small, they can be accommodated in the case 140 very compactly. As a result, the case 140 itself, that is, the entire starting device is extremely miniaturized. .
また、前記始動装置100によりエンジン10を始動させるには、例えばハンドル部に設けられた始動スイッチ131を入れると電動モーター131が起動して、遊星歯車機構132a及び平歯車132bをからなる高減速機構132により1/50の減速比でゼンマイ香箱112をゼンマイばね111の蓄力方向に回転させる。このとき、動力伝達部120の起動プーリー121には係脱部材122が係合しておらず、起動プーリー121の係合突部121cにクランク軸25に装着された係合爪26が係合しているに過ぎない。 In order to start the engine 10 by the starter 100, for example, when a start switch 131 provided in the handle portion is turned on, the electric motor 131 is started, and a high speed reduction mechanism comprising a planetary gear mechanism 132a and a spur gear 132b. By 132, the mainspring barrel 112 is rotated in the accumulating direction of the mainspring spring 111 at a reduction ratio of 1/50. At this time, the engagement / disengagement member 122 is not engaged with the activation pulley 121 of the power transmission unit 120, and the engagement claw 26 attached to the crankshaft 25 is engaged with the engagement protrusion 121c of the activation pulley 121. It ’s just that.
いま、ゼンマイ香箱112が回転しゼンマイばね111に蓄力がなされる過程で、ゼンマイばね111には蓄力を解放しようとする力が働き、前記係合爪26を介してクランク軸25を回転させエンジン10を圧縮する行程に入るが、前記ゼンマイばね111の蓄力がその圧縮行程における最大負荷を越えるに十分な蓄力がなされない間は、クランク軸25をそれ以上回転させることができない。ゼンマイばね111がエンジン10の圧縮行程における最大負荷を越える蓄力がなされると、ゼンマイばね111の蓄力を解放する方向の力が勝り、起動プーリー121が係合爪26を介してクランク軸25を回転させてエンジン10が点火され運転が開始される。電動モーター131の起動から、このエンジン10の始動まで僅かに1〜5秒である。本実施形態にあっては、エンジン10を始動させるため前記電動モーターへの放電時間が10秒を越えると、上記バッテリーパック16の内部の保護回路の一つである過放電抑止回路Aが作動して、バッテリーからの放電を遮断する。エンジン10の回転が定常に入ると、その遠心力により前記係合爪26と起動プーリー121の係合突部121cとの係合が外れ、エンジンの回転が続けられる。このときのエンジン10の始動に要する時間は、本発明のバッテリーと相まって、上記減速機構の減速比を1/50と比較的小さく設定されているため、僅かであり自動車などにおける通常のセルスタータによる始動時間と殆ど変わるところがない。 Now, in the process in which the mainspring barrel 112 is rotated and accumulating force is applied to the mainspring spring 111, a force to release the accumulating force acts on the mainspring spring 111, and the crankshaft 25 is rotated via the engaging claw 26. While the engine 10 starts to be compressed, the crankshaft 25 cannot be rotated any more while the stored force of the mainspring spring 111 is not sufficiently stored to exceed the maximum load in the compression stroke. When the mainspring spring 111 has accumulated force exceeding the maximum load in the compression stroke of the engine 10, the force in the direction of releasing the accumulated force of the mainspring spring 111 is won, and the starting pulley 121 is connected to the crankshaft 25 via the engaging claw 26. And the engine 10 is ignited and the operation is started. It takes only 1 to 5 seconds from the start of the electric motor 131 to the start of the engine 10. In this embodiment, when the discharge time to the electric motor exceeds 10 seconds to start the engine 10, the overdischarge suppression circuit A which is one of the protection circuits inside the battery pack 16 is activated. Shut off the discharge from the battery. When the rotation of the engine 10 enters a steady state, the engagement between the engagement claw 26 and the engagement protrusion 121c of the start pulley 121 is released by the centrifugal force, and the rotation of the engine is continued. The time required for starting the engine 10 at this time is small because the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism is set to be relatively small, such as 1/50, in combination with the battery of the present invention. There is almost no difference from the start time.
以上の説明からも明らかなように、本発明の電動式エンジン始動装置によると、バッテリーとしてリチウム系二次電池を採用しているため、品質の信頼性が高くかつ高出力でありながらバッテリーの小型軽量化が達成できる。更に、このバッテリー内蔵するバッテリーパックはエンジン始動装置のケース内に収容せず、装置外である作業機のハンドル部に装着されたスイッチボックスに配することも可能なため、そもそもが超小型の電動モーターや高減速機構を採用するとともに、リコイル式駆動機構を始動装置から排除していることとが相まって、始動装置自体を極めて小型化できる。更に、本発明にあってはバッテリーパックに内蔵された電動モーター駆動回路中に、過放電抑止回路、過熱防止回路、過放電抑止回路に接続されたリレー回路などの保護回路を配しているため、バッテリーパックの内部回路と電動モーターが過熱により焼損することがない。また、バッテリーパック内に過充電防止回路Bを配しているため、エンジン回転を利用してバッテリーを充電することができ、また同時にオートチョーク付きキャブレターを装備すれば、寒冷地にあっても常に円滑なエンジンの始動を可能にする。更にまた、エンジン始動装置の構成部材を究極なまでに合理的に配置して、さらなる小型化を実現した。しかも、従来の電動式エンジン始動装置と同様に、電動モーターが駆動できなくなった場合には、手動操作で手軽に且つ安全にエンジンを始動させることもできるようにしている。 As is clear from the above description, according to the electric engine starter of the present invention, since the lithium secondary battery is adopted as the battery, the quality of the battery is high, while the reliability is high and the output is small. Weight reduction can be achieved. Furthermore, this battery pack with a built-in battery is not housed in the case of the engine starter, but can be placed in a switch box attached to the handle of the work machine outside the device. In combination with the adoption of a motor and a high speed reduction mechanism and the elimination of the recoil drive mechanism from the starter, the starter itself can be made extremely compact. Furthermore, in the present invention, a protection circuit such as an overdischarge suppression circuit, an overheat prevention circuit, or a relay circuit connected to the overdischarge suppression circuit is arranged in the electric motor drive circuit built in the battery pack. The internal circuit of the battery pack and the electric motor will not burn out due to overheating. In addition, since the overcharge prevention circuit B is arranged in the battery pack, the battery can be charged using the engine rotation, and at the same time, if equipped with a carburetor with an auto choke, it is always in a cold region. Enables smooth engine start. Furthermore, the components of the engine starter have been rationally arranged to the ultimate to achieve further miniaturization. Moreover, like the conventional electric engine starting device, when the electric motor cannot be driven, the engine can be started easily and safely by manual operation.
10 エンジン
11 シリンダー
12 点火プラグ
12a 点火コイル
13 ファン
13a,13b 磁石
14 発電機
14a 充電コイル
15 オートチョーク付きキャブレター
15a キャブレター
15b チョークコイル
16 バッテリー
17 スイッチボックス
19a,19b 第1及び第2コネクター
20 スタータスイッチ
21 リレー
22 点火回路
23 エンジンストップスイッチ
24 遠心クラッチ
24a 係合爪
25 クランク軸
26 係合爪
27 クランクケース
28 ボルト
29 クランクケース
31 トランジスタ
100 エンジン始動装置
110 蓄力部
111 ゼンマイばね
111a 外側端部
111b 内側端部
112 ゼンマイ香箱
112a 貫通孔
113 外周平歯車
114 ワンウェイクラッチ
115 ラチェット歯
116 ラチェット爪
117 ばね
118 平軸受
120 動力伝達部
121 起動プーリー
121a 軸部遊挿孔
121b ゼンマイばね端固定部
121b' 内側端固定溝
121c 係合突部
122 係脱部材
122a 先端
122b 一端
123 ラチェット歯
130 電動起動部
131 超小型電動モーター
132 高減速機構
132a 遊星歯車機構
132b 平歯車
132a−1〜132a−3 第1〜第3の内歯歯車
132a'-1 ,132a'-3 突条
133 出力軸
133a 係合部
134 電動部収容ケース
134a−1 嵌着溝
134a 円筒部本体
134b 底部
134c,134d 突条
135 固定フレーム
140 ケース
140a (エンジン側の)第1ケース体
140b (反エンジン側の)第2ケース体
141 窓部
142 電動部密嵌孔
143,147 ボルト挿通孔
144 ネジ孔
145 軸部
146 レンチ挿通孔
149 押し釦
149a ボール部分
150 捻りバネ
A 過放電抑制回路
B 過充電防止回路
C コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 11 Cylinder 12 Spark plug 12a Ignition coil 13 Fan 13a, 13b Magnet 14 Generator 14a Charging coil 15 Carburetor with auto choke 15a Carburetor 15b Choke coil 16 Battery 17 Switch box 19a, 19b First and second connector 20 Starter switch 21 Relay 22 Ignition circuit 23 Engine stop switch 24 Centrifugal clutch 24a Engagement claw 25 Crankshaft 26 Engagement claw 27 Crankcase 28 Bolt 29 Crankcase 3 1 transistor 100 Engine starter 110 Energy storage part 111 Spring spring 111a Outer end part 111b Inside End 112 Mainspring barrel 112a Through hole 113 Outer spur gear 114 One-way clutch 115 Ratchet teeth 116 Ratchet claw 117 Spring 1 8 Plain bearing 120 Power transmission part 121 Starting pulley 121a Shaft free insertion hole 121b Spring spring end fixing part 121b 'Inner end fixing groove 121c Engaging protrusion 122 Engaging / disengaging member 122a Tip 122b One end 123 Ratchet teeth 130 Electric starting part 131 Small electric motor 132 High speed reduction mechanism 132a Planetary gear mechanism 132b Spur gears 132a-1 to 132a-3 First to third internal gears
132a'-1, 132a'-3 ridge 133 output shaft 133a engaging portion 134 electric portion accommodating case 134a-1 fitting groove 134a cylindrical portion main body 134b bottom portion 134c, 134d ridge 135 fixed frame 140 case 140a (on the engine side) ) First case body 140b (opposite engine side) second case body 141 Window portion 142 Electric portion close fitting holes 143, 147 Bolt insertion hole 144 Screw hole 145 Shaft portion 146 Wrench insertion hole 149 Push button 149a Ball portion 150 Torsion spring A Overdischarge suppression circuit B Overcharge prevention circuit C Capacitor
Claims (14)
該バッテリーパック内には、少なくとも2つのセルからなるリチウム系二次電池と、同電池に接続された、過電流防止回路と、過充電防止回路と、過放電抑止回路と、スタートスイッチ用リレー回路とを有する電子回路からなる保護回路が内蔵されてなることを特徴とする電動モーター駆動用バッテリーパック。 A small electric motor, a power storage unit in which power of the small electric motor is transmitted in the direction of power storage via a high speed reduction mechanism, and a power transmission unit that transmits the stock of the power storage unit to the crankshaft of the engine A battery pack for driving a small electric motor of a small engine starting device mounted on a working machine provided,
Within the battery pack, and a lithium-based secondary battery comprising at least two cells, which are connected to the same battery, an overcurrent protection circuit, the overcharge prevention circuit, the overdischarge inhibit circuit, a start switch relay circuit A battery pack for driving an electric motor, comprising a protection circuit comprising an electronic circuit having a built-in circuit.
放電抑止回路の設定放電時間域に関わらず所定温度に達すると、前記電子スイッチを自動
的に開放する過熱防止回路は更に備えてなる請求項1記載のバッテリーパック。 The protection circuit detects the internal temperature of the battery pack, and the electronic switch is automatically opened when the detected temperature rises to a predetermined temperature regardless of the set discharge time range of the overdischarge suppression circuit. The battery pack according to claim 1, further comprising a circuit.
同発電機は前記エンジンの回転部に配された磁石と、同磁石の対向部に配された発電コイルとを備えてなることを特徴とする請求項12記載の手作業機。 The engine has a generator for charging the lithium secondary battery;
13. The manual work machine according to claim 12, wherein the power generator includes a magnet disposed in a rotating portion of the engine and a power generating coil disposed in a facing portion of the magnet.
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