混合動力驅動型便攜式工作的制造方法
【專利摘要】一種便攜式工作機，其具有用于對工具進行驅動的作為原動機的發動機和電動馬達。發動機包括連接于工具的輸出軸，電動馬達構成為對發動機的輸出軸施加轉矩。電動馬達為外轉子式的無刷馬達，包括：轉子，其固定于發動機的輸出軸；以及定子芯，其固定于發動機的外殼。轉子具有圍繞在定子芯的周圍的周壁，在該周壁的內表面上設有磁體。
【專利說明】混合動力驅動型便攜式工作機
【技術領域】
[0001]在此所公開的發明涉及一種手持式、背負式的便攜式工作機。
【背景技術】
[0002]日本特開2010-84673號公報中公開有一種割灌機。該割灌機為發動機驅動式的便攜式工作機，具有用于驅動切割刀片的作為原動機的發動機。
【發明內容】
[0003]發明要解決的問題
[0004]在便攜式工作機中，為了提高工作效率，追求大輸出功率。由此，推動著發動機的大排氣量化，但發動機的新開發需要大量的時間和費用，此為問題所在。
[0005]鑒于上述問題，本說明書提供一種無需大排氣量的發動機就能夠提高便攜式工作機的輸出功率的發明。
_6] 用于解決問題的方案
[0007]在本發明中，使用發動機和電動馬達這兩者作為用于對工具進行驅動的原動機。根據該結構，通過采用與至今為止相同尺寸的發動機，并新添加電動馬達，能夠提高工作機的輸出功率。因此不需要大排氣量的發動機。由于不需要新開發大排氣量的發動機，因此不需要大量的時間和費用，能夠實現大輸出功率的便攜式工作機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是表示實施例的割灌機的外觀的圖。
[0009]圖2是表示割灌機的動力單元的后部的圖。
[0010]圖3是圖2中的II1-1II線的剖視圖，是表示動力單元的內部構造的圖。
[0011]圖4是表示實施例的割灌機的電結構的框圖。
【具體實施方式】
[0012]在本發明的一實施方式中，優選的是構成為:發動機包括連接于工具的輸出軸(例如曲軸)，電動馬達對發動機的輸出軸施加轉矩。根據該結構，能夠簡單地設計便攜式工作機，并且還能夠減少電動馬達所輸出的轉矩的損耗。
[0013]在本發明的一實施方式中，優選的是，電動馬達包括轉子，該轉子固定于發動機的輸出軸并且該轉子設有至少一個磁體。該情況下，更優選的是，在轉子上設有用于向發動機輸送冷卻風的冷卻風扇。
[0014]在本發明的一實施方式中，優選的是，電動馬達包括定子芯，該定子芯固定于發動機的外殼(包括曲軸箱、缸體)并且與轉子的磁體相對。該情況下，優選的是，轉子具有圍繞在定子芯的周圍的周壁，在該周壁的內表面上設有上述磁體。
[0015]在本發明的一實施方式中，優選的是，電動馬達也作為發電機發揮功能。根據該結構，在發動機的輸出存在富余時，能夠將電能儲存起來。或者，通過對工具進行再生制動，也能夠謀求提高能效、減少二氧化碳排出量。
[0016]在上述的實施方式中，優選的是，便攜式工作機還包括操作部，該操作部供使用者操作，用于調整發動機的輸出。而且，優選的是，在施加于操作部的操作量低于第I預定量時，電動馬達作為發電機發揮功能，在施加于操作部的操作量超過第2預定量時，電動馬達作為用于對工具進行驅動的原動機發揮功能。
[0017]在本發明的一實施方式中，優選的是，電動馬達作為用于起動發動機的起動馬達(starter motor)發揮功能。S卩,優選的是,在使用者起動發動機時(即,在使用者對起動開關進行操作時)，電動馬達對發動機的曲軸施加轉矩而使該曲軸旋轉。根據該結構，使用者能夠輕松地起動發動機。
[0018]在本發明的一實施方式中，便攜式工作機可以是割灌機、割草機、鏈鋸、轉動圓刀(截斷鋸)、噴霧器、撒播機、鼓風機、集塵器中的任一種。該情況下，便攜式工作機的工具除切割刀片、鋸鏈這樣的刀具類以外，還包括鼓風扇、泵等。另外，在便攜式工作機中，并不限定于上述的例子，廣泛包括使用者攜帶著進行作業的工作機。
[0019]在本發明的一實施方式中，用于對工具進行驅動的發動機可以是2沖程發動機和4沖程發動機中的任一種。或者，發動機還可以是其他形式的發動機(典型的有內燃機)。發動機的形式并沒有特別限定。
[0020]在本發明的一實施方式中，用于對工具進行驅動的電動馬達可以是帶刷馬達和無刷馬達中的任一種。或者，電動馬達還可以是其他形式的電動馬達(典型的有直流馬達)。關于電動馬達的形式并沒有特別限定。但是，在利用可燃性的燃料的便攜式工作機中，優選的是采用不需要接觸式換向器的無刷馬達。
[0021 ] 在本發明的一實施方式中，優選的是，便攜式工作機包括蓄電裝置，能夠將儲存在蓄電裝置中的電力供給至電動馬達。而且，優選的是，便攜式工作機將由電動馬達發電所得到的電力供給至蓄電裝置而進行蓄電。作為一個例子，在蓄電裝置中能夠采用內置有多個二次電池單元的電池組。該情況下，更優選的是，該二次電池單元為鋰離子電池單元。
[0022]在上述的實施方式中，作為一個例子，能夠適當地采用電動工具用所開發的電池組。電動工具用所開發的電池組、特別是采用了鋰離子電池單元的電池組具有大容量，并且能夠以大電流進行放電。因而，通過采用這樣的電池組，能夠利用馬達充分地輔助發動機，并且能夠較多地儲存利用馬達發電所得到的電力。因而，優選的是，便攜式工作機具有電池安裝部，該電池安裝部以能夠裝卸的方式收容電動工具用所開發的電池組(例如滑動裝卸式電池組)。
[0023]在本發明的一實施方式中，優選的是，便攜式工作機可以進行怠速停止。即，優選的是，便攜式工作機根據使用者對節氣門操縱桿或鎖定解除開關進行的操作，自動使發動機進行停止和起動。
[0024]實施例1
[0025]圖1表示實施例的割灌機2的外觀。割灌機2為便攜式工作機的一例。割灌機2包括:操作桿4 ;動力單元6，其安裝于操作桿4的后端部；齒輪頭8，其安裝于操作桿4的前端部；切割刀片10，其為圓盤狀，安裝于齒輪頭8 ;安全罩12，其以覆蓋切割刀片10的方式安裝于操作桿4的前端部；以及手把14，其安裝于操作桿4的中間部。[0026]操作桿4具有中空的管形狀，且呈直線狀延伸。在操作桿4的內部容納有驅動軸(未圖示)。從動力單元6輸出的轉矩經由操作桿4的內部的驅動軸傳遞至齒輪頭8，使切割刀片10旋轉。在手把14上設有用于進行后述的發動機20的節氣門操作的節氣門操縱桿16、用于使發動機20停止的停止開關(未圖示)。節氣門操縱桿16為供使用者操作來調整上述發動機的輸出的操作部。
[0027]如圖2、圖3所示，動力單元6包括:發動機20 ;燃料箱22，其用于儲存發動機20的燃料；反沖起動機26，其用于起動發動機20 ;空氣過濾器28，其用于過濾向發動機20供給的供給空氣；化油器30，其用于將燃料混合在上述供給空氣中；以及排氣箱32，其用于向大氣排放來自發動機20的排氣。化油器30連接于節氣門操縱桿16，化油器30的節氣門開度根據對節氣門操縱桿16進行的操作而變化。
[0028]發動機20為分離潤滑式的4沖程發動機。發動機20包括缸體34、容納于缸體34的活塞38、設于缸體34的火花塞36、曲軸箱40、容納于曲軸箱40的曲軸42以及油盤24。曲軸42為發動機20的輸出軸，借助離心離合器(省略圖示)連接于上述的驅動軸。由此，發動機20的輸出經由驅動軸傳遞至切割刀片10。S卩，發動機20為用于驅動切割刀片10的原動機。
[0029]如圖3所示,動力單元6還包括馬達50。馬達50為外轉子型的無刷三相馬達。馬達50包括定子芯52、定子線圈54、外轉子58以及磁體56。定子芯52由磁性材料形成,并相對于曲軸箱40固定。定子線圈54卷繞于定子芯52，通過通電對定子芯52進行勵磁。外轉子58相對于曲軸42固定，并與曲軸42 —起旋轉。外轉子58為具有圓筒狀的周壁和設于周壁的一端的底壁的杯形狀，該周壁圍繞在定子芯52的周圍。磁體56固定于外轉子58的周壁的內周面，并與位于外轉子58的內側的定子芯52相對。
[0030]馬達50的輸出除自外轉子58傳遞至發動機20的曲軸42以外，還經由驅動軸傳遞至切割刀片10。即，馬達50為用于驅動切割刀片10的第2原動機。這樣，本實施例的割灌機2為具有發動機20和馬達50這兩個不同的種類的原動機的混合動力式的便攜式工作機。作為一個例子，本實施例的發動機20為排氣量在25cc (25暈升)的發動機，具有大約700瓦的輸出功率。另一方面，馬達50具有大約650瓦的輸出功率。因而，發動機20和馬達50的組合具有大約1350瓦的輸出功率，該值相當于排氣量為45cc (45毫升)的4沖程發動機。這樣，通過組合發動機20和馬達50，能夠在使用小排氣量的發動機20的同時，實現與大排氣量的發動機同等的輸出功率。
[0031]除此之外，馬達50還能夠作為將曲軸42的旋轉能量轉換為電能的發電機發揮功能。例如，在發動機20的輸出存在富余的情況下，發動機20的輸出的一部分會被馬達50轉換為電力。馬達50發電所得到的電力被儲存在后述的電池組90中。
[0032]而且,馬達50能夠作為用于起動發動機20的起動馬達(starter motor)發揮功能。當使用者操作起動開關(省略圖示)時，自電池組90向馬達50供給電力，馬達50使曲軸42旋轉。由此，發動機20起動。
[0033]在馬達50的外轉子58上一體地設有冷卻風扇60。冷卻風扇60設于外轉子58的周壁的外周面。冷卻風扇60構成為向發動機20、馬達50及控制器70輸送冷卻風。另外，配置有電動機馬達50的位置在以往的制品中為配置冷卻風扇的位置。通過使冷卻風扇60與外轉子58形成為一體，能夠抑制對以往制品進行的尺寸擴大、設計變更。[0034]圖4為表示動力單元6的電結構的框圖。如圖4所示,動力單元6包括控制器單元70和連接于控制器單元70的電池組90。控制器單元70由包含有微型電子計算機的多個集成電路構成。控制器單元70為用于控制發動機20和馬達50的動作的控制部。電池組90內置多個二次電池單元，借助控制器單元70向馬達50、火花塞36供給電力。本實施例的電池組90為內置有鋰離子電池單元且標稱電壓為18伏的電池組。
[0035]控制器單元70在功能上包括發動機點火電路72、點火正時檢測電路74、節氣門開度檢測電路76、轉子位置檢測電路78以及馬達驅動電路80。發動機點火電路72向火花塞36供給來自電池組90的電力。此時，來自電池組90的電力被點火線圈64升壓。由火花塞36進行放電，從而對混合氣體進行點火。點火正時檢測電路74在檢測曲軸42的旋轉位置的同時，決定火花塞36的點火時刻。決定了的點火時刻會傳達(日文:教示)至發動機點火電路72。節氣門開度檢測電路76連接于化油器30，用于檢測化油器30的節氣門開度。另夕卜，節氣門開度檢測電路76還可以對使用者操作節氣門操縱桿16的操作量進行檢測來替代對化油器30的節氣門開度進行檢測。
[0036]轉子位置檢測電路78連接于馬達50的編碼器66，用于檢測外轉子58的旋轉位置。馬達驅動電路80具有多個開關元件，該馬達驅動電路80根據檢測出來的外轉子58的旋轉位置，選擇性地連接定子線圈54的各相與電池組90的各電極。此外，馬達驅動電路80能夠對馬達50進行脈沖寬度調制(PWM)控制，能夠根據檢測出來的化油器30的節氣門開度控制馬達50的輸出。此外，馬達驅動電路80通過改變多個開關元件的切換方式，還能夠使馬達50作為發電機發揮功能。由此，能夠對電池組90進行充電。S卩，馬達驅動電路80還能夠作為電池充電電路發揮功能。
[0037]在待割除的草叢為少量(較薄)的情況下，使用者較小程度地操作節氣門操縱桿16。該情況下，化油器30的節氣門開度也較小，發動機20的輸出存在富余。因而，控制器單元70使馬達50作為發電機發揮功能，利用發動機20的輸出對電池組90進行充電。
[0038]在待割除的草叢為中量的情況下，使用者中等程度地操作節氣門操縱桿16。該情況下，化油器30的節氣門開度也為中等程度，發動機20的輸出適量。因而，控制器單元70既不使馬達50作為發電機發揮功能，也不使馬達50作為原動機發揮功能。
[0039]在待割除的草叢為大量(較厚)的情況下，使用者較大程度地操作節氣門操縱桿
16。該情況下，化油器30的節氣門開度變得最大，發動機20的輸出可能不足。因而，控制器單元70使馬達50還作為原動機發揮功能，利用馬達50對發動機20不足的輸出予以協助。通過利用發動機20和馬達50這兩者對切割刀片10進行驅動，能夠強有力割除大量的草叢。
[0040]無論是否較大程度地操作節氣門操縱桿16，在待割除的草叢為少量的情況或不進行割除的空轉的狀態下，發動機的轉速會有超過預定值(例如發揮最大輸出功率時的轉速)的情況，此時可以說發動機的輸出存在富余。因而，優選的是，在發動機的轉速超過預定值(特別是發揮最大輸出功率時的轉速)時，控制器單元70使馬達50作為發電機發揮功能，利用發動機20的輸出對電池組90進行充電。
[0041]當使用者使節氣門操縱桿16返回至原點位置時，控制器單元70中止向火花塞36供電，而使發動機20停止。也就是所謂的怠速停止。然后，當使用者操作節氣門操縱桿16時，控制器單元70利用馬達50驅動曲軸42，再次起動發動機20。通過避免不必要的空轉，能夠減少能量的消耗量、排氣的排出量。
[0042]以上，詳細地說明了具體例，但這些僅是例示，并不限定權利要求書。在權利要求書所述的發明中，包含對以上例示的具體例進行了各種變形、變更的情況。本說明書或附圖中說明的技術要素通過單獨或各種組合而發揮技術實用性，并不限定于申請時的權利要求項所述的組合。此外，本說明書或附圖所例示的技術能夠同時達成多個目的，而達成其中的一個目的就已表示其自身具有技術實用性。
【權利要求】
1.一種便攜式工作機，其特征在于， 該便攜式工作機包括用于對工具進行驅動的作為原動機的發動機和電動馬達。
2.根據權利要求1所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述發動機包括連接于上述工具的輸出軸， 上述電動馬達用于對上述發動機的輸出軸施加轉矩。
3.根據權利要求2所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述電動馬達包括轉子，該轉子固定于上述發動機的輸出軸，并且該轉子設有至少一個磁體。
4.根據權利要求3所述的便攜式工作機，其特征在于， 在上述轉子上設有冷卻風扇，該冷卻風扇用于向上述發動機輸送冷卻風。
5.根據權利要求3或4所述的便攜式工作機，其中， 上述電動馬達包括定子芯，該定子芯固定于上述發動機的曲軸箱，并且與上述轉子的磁體相對。
6.根據權利要求5所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述轉子具有圍繞在定子芯的周圍的周壁，在該周壁的內表面上設有上述磁體。
7.根據權利要求1?6中任一項所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述電動馬達還作為發電機發揮功能。
8.根據權利要求7所述的便攜式工作機，其特征在于， 該便攜式工作機還包括電池，該電池用于向上述電動馬達供給電力， 由上述電動馬達發電得到的電力儲存于該電池。
9.根據權利要求7或8所述的便攜式工作機，其特征在于， 該便攜式工作機還包括操作部，該操作部供使用者操作，用于調節上述發動機的輸出，在施加于上述操作部的操作量低于第I預定量時，上述電動馬達作為發電機發揮功能，在施加于上述操作部的操作量超過第2預定量時，上述電動馬達作為用于對工具進行驅動的原動機發揮功能。
10.根據權利要求7或8所述的便攜式工作機，其特征在于， 在上述發動機的轉速為預定值以上時，上述電動馬達作為發電機發揮功能。
11.根據權利要求1?10中任一項所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述電動馬達還作為用于起動發動機的起動馬達發揮功能。
12.根據權利要求1?11中任一項所述的便攜式工作機，其特征在于， 上述電動馬達為無刷馬達。
【文檔編號】H02K7/18GK103443418SQ201280013789
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月9日 優先權日:2011年3月31日
【發明者】柳原健也 申請人:株式會社牧田