CN101210534B - 起动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种起动机，其不用设置使用螺线管的柱塞止动器等，而可以在发动机停止时维持小齿轮与齿圈的啮合状态。本发明通过在动力传递体移动时产生的移动阻力，在发动机停止的状态下维持小齿轮与齿圈的啮合状态。具体说，使设置在起动机电动机的输出轴的外周和动力传递体的内周的螺旋形花键卡合部中的螺旋形花键的倾斜角度，为在发动机停止时维持小齿轮和齿圈啮合状态的大小，从而可以不用设置柱塞止动器等，就能在发动机停止时维持小齿轮与齿圈的啮合状态。

Description

起动机
技术领域
本发明涉及一种用于起动发动机的起动机。
背景技术
进年来，为了减少汽车的废气，在发动机处于空转状态时使发动机停止，在车辆前进时再次起动发动机的具有无空转(idling stop)功能的汽车逐渐增加。在具有这种无空转功能的汽车中，在再次起动发动机时必须驱动起动机，但是起动机需要对用于连接起动机电动机和电池的磁铁开关通电，利用该磁铁开关的驱动力，使小齿轮向将动力传递给发动机曲轴轴的齿圈(ring gear)侧移动，与此同时，使起动机电动机旋转，使小齿轮与齿圈啮合。所以，存在直到发动机的再起动花费时间、不能实现快速起动的问题。特别是在小齿轮和齿圈不能啮合的状态下冲撞的情况下，起动更加花费时间。
因此，为解决这样的问题，考虑了如专利文献1所示的起动机。在专利文献1中，通过在发动机停止后驱动磁铁开关，进而通过由柱塞止动器(plunger stoper)保持磁铁开关的柱塞，以此来维持小齿轮与齿圈啮合的状态，从而缩短发动机的再起动的时间。
专利文献1：日本特开2000-45920号公报
但是在专利文献1中，仅为了保持磁铁开关的柱塞，就设置了由螺线管构成的柱塞止动器。所以存在配备性不好的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不设置使用螺线管的柱塞止动器，在发动机停止时可以维持小齿轮与齿圈啮合的状态的起动机。
本发明的起动机的特征在于：利用在动力传递体移动时产生的移动阻力，维持在发动机停止状态下小齿轮和齿圈啮合的状态。
另外，本发明的起动机的特征在于：在输出轴的外周和动力传递体的内周设置螺旋形花键卡合部，将此螺旋形花键卡合部中的螺旋形花键的倾斜角度，设为在发动机停止时维持小齿轮和齿圈啮合状态的大小。
另外，本发明的起动机的特征在于：在发动机的曲轴的旋转完全停止后，对电磁驱动机构通电，使动力传递体移动，利用相对于动力传递体的移动的反作用力，来维持小齿轮和齿圈啮合的状态。
另外，本发明的起动机的特征在于：在小齿轮和齿圈啮合的状态下，在压缩行程中，在活塞处于下止点到上止点的期间，使发动机停止。
发明效果
根据本发明，不用在磁铁开关上另外安装螺线管，就可以实现在发动机停止时维持小齿轮和齿圈啮合的状态。因此，可以提高装配性。
附图说明
图1是第一实施例中的在发动机起动状态下的起动机的侧面截面图；
图2是第一实施例中的在发动机刚刚停止后的起动机的侧面截面图；
图3是第一实施例中的从发动机停止后经过规定时间的起动机的侧面截面图；
图4是表示第一实施例中的起动机的电路的图；
图5是第一实施例中的动力传递体的放大图；
图6是图5的A-A截面图；
图7是第一实施例中的发动机停止后的控制流程图；
图8是第一实施例中的发动机再起动时的控制流程图；
图9是表示第二实施例中的起动机的电路的图；
图10是第二实施例中的发动机停止后的控制流程图；
图11是第二实施例中的发动机再起动时的控制流程图；
图12是表示第二实施例的变形例的起动机的电路的图。
图中：
1-起动机电动机；2-动力传递体；3-电磁驱动机构；4-解除机构；5-控制器(控制机构)；6-齿圈(ring gear)；7-磁铁开关；8-第二磁铁开关；17-输出轴；21-基部；22-小齿轮；23-辊(单方向离合器机构)；24-第二螺旋形花键(螺旋形花键卡合部)；31-螺线管；32-控制杆；33-可动铁心；34-定子铁心；35-螺线管线圈；81-第二继电器；82-第二螺线管；83-第二螺线管线圈；112-第一螺旋形花键(螺旋形花键卡合部)
具体实施方式
[第一实施例]
下面，参照图1～图8对本发明的第一实施例的起动机进行说明。图1是在发动机起动状态下的起动机的侧面截面图。图2是在发动机刚刚停止后的起动机的侧面截面图。图3是从发动机停止到后经过规定时间的起动机的侧面截面图。图4是表示起动机的电路的图。图5是动力传递体的放大图。图6是图5的A-A截面图。图7是发动机停止后的控制流程图。图8是发动机再起动时的控制流程图。
图1～图3所示的起动机是从搭载在汽车上的电池接收电力供给，产生用于起动发动机的旋转驱动力的起动装置。另外，配备有本实施例的起动机的汽车，在车辆停止的状态下，在发动机的转速处于空转转速的状态持续规定时间的情况下，具有使发动机停止的无空转功能。具有这种无空转功能的汽车，因为在每次出发时必须再次起动发动机，所以与没有无空转功能的一般的汽车相比，驱动起动机的频率特别高。
起动机包括：在起动发动机时产生旋转驱动力的起动机电动机1、将来自该起动机电动机1的旋转驱动力断续传递给发动机侧的动力传递体2、用于使该动力传递体2动作从而向发动机传递旋转驱动力的电磁驱动机构3、用于使动力传递体2不向发动机传递旋转驱动力而动作的解除机构4、以及作为控制电磁驱动机构3的控制机构的控制器5。
起动机电动机1采用直流电动机，具有：通过在周方向上设置的多个狭缝11内卷绕安装多个相的转子线圈12而构成的转子13；以及在转子13的外周与转子13相对设置，以在周方向交替形成不同磁极的方式安装有多个永久磁铁的圆筒状的定子14。
如图1所示，在定子14的轴向一端侧设置了有底筒状的后部托座15，在轴向的另一端侧安装有一部分突出、且在该突出部分具有开口部的前部托座16。
另外，在转子13上设置有以一体旋转的方式固定的输出轴17，该输出轴17，一端通过设置在前部托座16的突出部分前端上的前轴承18支撑而旋转自如，另一端通过后部轴承支承而旋转自如，所述后部轴承设置在从后部托座15底部在转子13的内周侧向前部托座16一侧突出的保持部上。且，前部轴承18和后部轴承由滑动轴承构成。
在支承输出轴17的后轴承的外周侧，在周方向上设置有多个分开的整流器19，固定在后部托座15上的电刷支架内的电刷111以被施力的状态与该整流器19接触。因为该电刷111与电池B连接，整流器19与转子线圈12连接，所以可以实现通过电刷111和整流器19从外部的电池B向转子线圈12供给电流。为此，在转子13的周方向上也形成了多个磁极。
另外，输出轴17的前部托座16侧，一直延伸至前轴承18，从转子13的轴向端遍及规定长度在外周面上形成第一螺旋形花键112。且，在输出轴17的前端，与前轴承18相邻地形成有环状槽，在该环状槽中，用C形环固定环状的止动器113。
下面对动力传递体2进行说明。该动力传递体2由在输出轴17的前部托座16底部侧的外周设置的基部21和小齿轮22，以及设置在基部21与小齿轮22间的辊23等部件构成的单方向离合器机构构成。
基部21呈圆筒状，并在内周设有第二螺旋形花键24，设置该第二螺旋形花键24是用于与第一螺旋形花键112相啮合，该第二螺旋形花键24从轴向的转子13侧端开始经过规定长度而形成。由这样的第一螺旋形花键112和第二螺旋形花键24构成螺旋形花键卡合部。在第二螺旋形花键24的前部托座16侧端的外周侧形成有环状的槽，在该环状的槽内安装有圆板状的凸缘部25。且基部21的前部托座16底部侧形成为大径，在该大径部的内部形成有可以收容单方向离合器机构的离合器收容空间。这样形成的基部21相对于输出轴17，可以一边沿着螺旋形花键卡合部扭转，一边沿轴向移动。
小齿轮22也和基部21一样具有收容输出轴17的孔，可以沿着输出轴17在轴向上移动。在该小齿轮22的前轴承18侧的轴向端部外周上形成有小齿轮齿，转子13侧的轴向端部被插入在基部21的离合器收容空间内。而且，在小齿轮22上的被插入基部21的部分的小齿轮齿一侧设有环形的槽，在该环形槽内设置的圆板状的固定板26，通过被在基部21的大径部的外周固定的固定部件27夹持，从而，小齿轮22和基部21沿着输出轴1 7在轴向上一体移动。若如此小齿轮22与基部21形成一体并向前轴承18侧移动，则小齿轮可与连接于发动机的曲轴上的齿圈6相啮合。且，小齿轮22，通过抵接于在输出轴17上固定的止动器113，从而轴向的移动受到限制。并且，设置有检测小齿轮22是否与止动器113抵接，即检测小齿轮齿是否与齿圈6相啮合的检测装置78，在小齿轮22与止动器113抵接的情况下，向控制器5输出信号。如此，在动力传递体2的轴向移动受到限制的状态下，为将输出轴17的旋转驱动力传递给齿圈6而使螺旋形花键卡合部的齿倾斜。
另外，通过在小齿轮22和基部21间插入用于具有单方向离合器功能的辊23等各种部件，从而构成单方向离合器。因此，在输出轴17的驱动旋转方向上可以从基部21向小齿轮22传递旋转，但不能反方向传递旋转。通过这种构成，在齿圈6的转速超过小齿轮22的转速时，虽然齿圈6的旋转力没有向基部21传递，但即使在单方向离合器的作用下没有传递齿圈6的旋转而产生打滑的状态下，因为作用有某种程度的滑动阻力，所以基部21也受小齿轮22旋转的影响而以低速旋转。因此，基部21及小齿轮22，通过螺旋形花键卡合部的作用，从齿圈6向分离的方向移动，从而解除小齿轮齿和齿圈6的啮合。这样，通过螺旋形花键卡合部和单方向离合器，构成了在齿圈6的转速超过小齿轮22的转速时，解除小齿轮齿和齿圈6的啮合的解除机构4。
下面对电磁驱动机构3进行说明。电磁驱动机构3由螺线管31和控制杆32构成。螺线管31与起动机电动机1几乎平行地相邻设置，由可动铁心33、定子铁心34和螺线管线圈35构成。可动铁心33构成为有底的近似圆筒状，位于与底部在轴方向相反一侧的开口端，朝向端面形成大径的锥部，在可动铁心33的中空部内插入有第一螺旋弹簧36，该第一螺旋弹簧36作为施力机构，用于使可动铁心33返回向控制杆32一侧。另外，在可动铁心33的底部的轴向外侧固定有控制杆插通部38，该控制杆插通部38上开口有控制杆插通孔37，并且该控制杆插通部38可以与可动铁心33一体移动。在控制杆插通孔37中插入的控制杆32，被设计成可以在被弹簧39推向前部托座16的内周侧的状态下以支点311为中心进行摆动。该控制杆32的一端，以保持间隙的状态被插入到控制杆插通孔37，另一端，可以与动力传递体2的基部21上的大径部的转子13侧的轴向侧面抵接。因此，若控制杆32伴随可动铁心33的移动而摆动，则在动力传递体2上作用有使其向齿圈6一侧移动的力。且，控制杆32的插入控制杆插通孔37的部分和与基部21抵接的部分，形成为圆弧面那样的树叶形状。
在可动铁心33的外周，配置有在由树脂等非磁性体构成的线轴上卷绕的螺线管线圈35，且螺线管线圈35被收容在由磁性体构成的有底筒状的磁轭312的内部。且，在磁轭3 12底部的轴中心位置开有孔，以可在该孔和线轴的内周滑动自如的方式插入可动铁心33。
在磁轭312的底部和轴向相反侧的开口端，固定有定子铁心34。该定子铁心34在轴中心位置具有向螺线管线圈35的内周突出的突出部，外周部被固定成在磁轭42的开口端形成的阶梯差。另外，在定子铁心34的突出部的前端，设置有与可动铁心33的锥部基本吻合的前端逐渐变细形状的锥状突起，且在该锥状突起的顶面，形成了插通后述的触点轴71的通孔，在其外侧抵接有用于使可动铁心33返回的第一螺旋弹簧36。
下面对将起动机电动机1和电池B间切换成导通状态和非导通状态的磁铁开关7进行说明。磁铁开关7通过电磁驱动机构3来驱动。具体的说，在定子铁心34的锥状突起的顶面形成的通孔中，具有相对于定子铁心34滑动自如地插通了的触点轴71，该触点轴71可以插入可动铁心33的中空部内，并且在外周配置有第一螺旋弹簧36。另外，在触点轴71的相对于可动铁心33侧的相反侧的端部上，通过铆接的方法固定有圆形的第一弹簧承受件72，该第一弹簧承受件72上设置了具有大径部和小径部的阶段差。另外，在该第一弹簧承受件72的可动铁心33侧，配置有用于形成触点的由导电性材料构成的圆板状的可动触点73。并且，在该可动触点73的内周固定有第二弹簧承受件74，该第二弹簧承受件74与可动触点73一起可以沿着触点轴71的外周在轴向上移动。
在第二弹簧承受件74和在触点轴71的外周上形成为环形的环状突起75之间，设置有第二螺旋弹簧76，在可动触点73上不受任何负荷的作用的状态下，可动触点73和第二弹簧承受件74在第二螺旋弹簧76的作用下，形成被向第一弹簧承受件72一侧推压的状态，但是若在可动触点73上作用有向可动触点33一侧的轴向负荷，则相对于触点轴71，可动触点73和第二弹簧承受件74克服第二螺旋弹簧76的作用力而沿轴向移动。另外，在第一弹簧承受件72与后述的触点壳体711之间，设置有第三螺旋弹簧77，触点轴71被推压向可动铁心33一侧。
下面对设置有与可动触点73抵接的固定触点的开关部进行说明。开关部由如下构成：在磁轭312的开口端与定子铁心34一起被铆接固定的触点壳体711、与固定在触点壳体711上的电池B相连接的电池侧固定触点712、以及与起动机电动机1的转子线圈12连接的电动机侧固定触点713。
另外，触点壳体711由非磁性体且是绝缘材料的树脂材料形成为有底圆筒的形状，在大概中心的位置设置有插入第三螺旋弹簧77的一端的圆形凹状底座部，在该底座部的开口边缘形成有锥面，该锥面用于辅助第三螺旋弹簧77的插入及弯曲。
下面结合图4对起动机的电路进行说明。在电池B和螺线管线圈35之间，设置有切换导通状态和非导通状态的继电器51，该继电器51根据来自控制器5的输出信号进行动作。且，电池B也与磁铁开关7中的电池侧固定触点712连接，由于可动触点73可动，所以电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713也连接起来。并且，电动机侧固定触点713，因为与起动机电动机1的转子线圈12连接，所以若电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713连接，则从电池B向转子线圈12提供电流，从而驱动起动机电动机1。
下面对起动机的动作进行说明。首先，在发动机处于动作状态时，因为图4所示的继电器51处于非导通状态，所以不向螺线管35供给电流，由于没有吸引力作用于可动铁心33，所以如图1所示可动铁心33在第一螺旋弹簧36的作用下被推压向离开定子铁心34的方向。由此，插入在固定于可动铁心33上的控制杆插通部38的控制杆插通孔37中的控制杆32，在可动铁心33的作用下一端侧被按压，另一端侧从动力传递体2的基部21上的大径部离开，在动力传递体2上不产生使其向齿圈6侧移动的力。并且，因为触点轴71也从可动铁心33分开，所以触点轴71受到第三螺旋弹簧77的作用力，维持向可动铁心33侧突出最大的状态，伴随于此可动触点73也从电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713分离。所以，不向起动机电动机1的转子线圈12供给电流。
在此，在使发动机停止时，为了使发动机停止而断开点火开关、或者在满足发动机转速为空转转速的状态持续规定时间的无空转的条件的情况下，如图7的步骤S1所示，向控制器5输入使发动机停止的信号，进入步骤S2。
在步骤S2中，判断是否经过了直到发动机完全停止的规定时间，在判断为已经过了规定时间的情况下，进入步骤S3，从控制器5输出用于使继电器51成为导通状态的信号，使电池B和螺线管线圈35变为导通状态。由此，在处于螺线管线圈35周围的磁轭312、定子铁心34、可动铁心33产生磁通，如图2所示可动铁心33克服第一螺旋弹簧36的施力，被吸引向定子铁心34侧。此时，可动铁心33经过规定量的行程与触点轴71抵接，可动铁心33和触点轴71形成一体朝向定子铁心34移动。
另外，若触点轴71移动，则可动触点73也和触点轴71一起，一边压缩第三螺旋弹簧77一边移动，直到电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713侧抵接为止。且，即使可动触点73与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713侧抵接，可动铁心33和触点轴71，也一边压缩第二螺旋弹簧76一边移动，如图2所示，直到可动铁心33与定子铁心34抵接的时刻停止移动。此时，可动触点73，相对于电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713，作用有压缩第二螺旋弹簧76的部分的弹性力，从而在足够的按压力的作用下使可动触点73抵接于电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713。
且，若可动铁心33向定子铁心34侧移动，则在插入到固定在可动铁心33上的控制杆插通部38的控制杆插通孔37之中的控制杆32上，作用有以支点311为中心的摆动力。因此，控制杆32的动力传递体2侧，与基部21的大径部的侧面抵接，使动力传递体2沿着起动机电动机1的输出轴17向齿圈6侧移动。此时，通过由设置于输出轴17外周的第一螺旋形花键112和设置于基部21内周的第二螺旋形花键24构成的螺旋形花键卡合部，动力传递体2一边扭转一边向齿圈6移动。
在此，若齿圈6的齿的位置与小齿轮22的小齿轮齿位置相吻合，则齿圈6与小齿轮齿相啮合，在止动器113与小齿轮22的前端抵接的状态下停止，在两者不吻合的情况下，在小齿轮22与齿圈6的侧面抵接并被按压的状态下停止。此时，因为设置有检测小齿轮22与止动器113是否抵接的检测装置78，所以在小齿轮齿与齿圈6相啮合的情况下，向控制器5输出信号，在步骤S4中判断为小齿轮齿与齿圈6的啮合。这里，在向控制器5输入小齿轮齿与齿圈6相啮合的信号的情况下，在步骤S5中立刻关闭继电器51，停止向螺线管线圈35通电，在不向控制器5输入小齿轮与齿圈6相啮合的信号的情况下，继续维持向螺线管线圈35通电的状态。
这样，在不输出小齿轮齿和齿圈6相啮合的信号的情况下，电池侧固定触点712和电动机侧固定触点712通过可动触点73变为导通状态，因此向起动机电动机1的转子线圈12通电，使转子13及输出轴17旋转。此时，小齿轮22也与输出轴17一起旋转，但是含有小齿轮22的动力传递体2，因为成为被控制杆32按压向齿圈6一侧的状态，所以在小齿轮的齿与齿圈6的齿相吻合的时刻，小齿轮22沿轴向移动直到与止动器113抵接。通过该作用从检测装置78向控制器5输出小齿轮齿与齿圈6相啮合的信号，立即进入步骤S5关闭继电器51，停止向螺线管线圈35通电。另外，若停止向螺线管线圈35通电，如图3所示，因为可动触点73从电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713离开，所以电池B与转子线圈12间变为非导通状态，起动机电动机1停止旋转。
此时可动铁心33通过第一螺旋弹簧36的施力向与定子铁心34离开的方向移动，伴随于此控制杆32与凸缘部25抵接，作用有要使动力传递体2向转子13侧返回的力，但是由于在动力传递体2与起动机电动机1的输出轴17之间的螺旋形花键卡合部中的螺旋齿的倾斜角度为不使动力传递体2移动的角度，所以动力传递体2不移动，小齿轮22的小齿轮和齿圈6维持啮合的状态。
下面结合图5及图6对螺旋形花键卡合部的螺旋齿的倾斜角度θ的设定方法进行说明。在设小齿轮22的小齿轮齿与齿圈6的啮合长度为L，设通过在小齿轮22与齿圈6间产生的齿隙使动力传递体2可能移动的长度为S的情况下，取满足条件L＞S/tanθ的条件的角度即可。且，为了维持动力传递体2啮合的状态，有必要对螺旋齿的倾斜角度与起动机电动机1的齿槽转矩、各滑动部的摩擦力等的移动阻力或反作用力进行比较从而设定。
这样即使停止向螺线管线圈35通电，小齿轮22的小齿轮齿和齿圈6也维持相啮合的状态，但是因为如图3所示，在与可动铁心33一体设置的控制杆插通部38的控制杆插通孔37和控制杆32之间设有规定的间隙，所以可动铁心33根据图2的状态在第一螺旋弹簧36的作用下稍微返回，伴随于此触点轴7 1也返回。所以，可动触点73相对于电池侧固定触点712和电动机侧固定触点712离开，电池B和螺线管线圈35变为非导通状态。即，在发动机停止的状态下，虽然小齿轮22的小齿轮齿与齿圈6维持相啮合的状态，但是并不向螺线管线圈35、转子线圈12供给电流。
在想要使发动机从停止的状态变为再次被起动时，因为小齿轮22的小齿轮齿与齿圈6相啮合，所以可动触点73直接与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点712抵接，向转子线圈12供给电流，使起动机电动机1旋转。
根据图8的流程图对发动机从停止状态到再次起动进行说明，在步骤S6中发动机处于停止状态，在步骤S7中对点火装置开关是否接通进行判断。在判断出点火装置开关接通的情况下，进入步骤S9，向控制器5输入使发动机再起动的信号。另外，在步骤S7中，在没有判断出点火装置开关接通的情况下，进入步骤S8，判断是否满足解除无空转的条件。在满足解除无空转条件的情况下，进入步骤S9，在不满足解除无空转条件的情况下，返回步骤S6，维持发动机停止的状态。且，作为用于解除无空转的条件，在检测出解除制动器、且踏下加速器的状态，或在具有离合器踏板的车辆中，检测出还踏下了离合器踏板的状态的情况下，判断为解除无空转。
若在步骤S9中向控制器5输入使发动机再起动的信号，则进入步骤S10打开继电器51。因此，可动触点73直接与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713抵接，向转子线圈12供给电流使起动机电动机1旋转。
下面进入步骤S11，判断发动机是否已起动。在向控制器5输送判断出发动机已起动的信号的情况下，进入步骤S12，关闭继电器51，成为不向螺线管线圈35及转子线圈12供给电流的状态。另外，在步骤S11中不向控制器5输送判断出发动机已起动的信号的情况下，维持继电器51打开的状态。且，在步骤S11中对发动机是否已起动的判断，例如，考虑检测发动机的转速，在发动机的转速在规定转速以上的状态持续规定时间时，判断为发动机已经起动。
这里，若起动发动机，齿圈6的转速有时超过起动机电动机1的转速，但是因为通过设置在动力传递体2上的单方向离合器可以吸收旋转，所以不会向输出轴17传递驱动方向和反方向的旋转力。但是，即使利用单方向离合器吸收来自小齿轮22的旋转，也由于单方向离合器的滑动部存在滑动阻力，所以随着小齿轮22的旋转对基部21也通过滑动阻力传递旋转。因此，基部21和小齿轮22由于螺旋形花键卡合部的倾斜方向，向从齿圈6离开的转子13的方向移动，从而齿圈6和小齿轮齿的啮合被解除。这样通过螺旋形花键卡合部构成了解除小齿轮22和齿圈6的啮合的解除机构。
以上对第一实施例的构造及动作进行了说明，下面介绍第一实施例的作用效果。
第一实施例是用于起动发动机的起动机，其包括：起动机电动机，该起动机电动机通过供给电流来驱动输出轴旋转；动力传递体，该动力传递体具有从该起动机电动机的输出轴传递旋转力的小齿轮，通过移动能够使传递发动机的动力的齿圈和所述小齿轮断续啮合；电磁驱动机构，该电磁驱动机构通过通电使所述动力传递体向所述小齿轮和所述齿圈啮合的方  向移动；解除机构，该解除机构在所述齿圈的转速超过所述动力传递体的转速时，提供驱动力使所述动力传递体向解除所述小齿轮和所述齿圈的啮合的方向移动；控制机构，该控制机构控制用于使所述动力传递体移动的所述电磁驱动机构，使得在发动机停止后形成所述小齿轮与所述齿圈啮合的状态。因为通过在所述动力传递体移动时产生的移动阻力，在发动机停止的状态下可以维持所述小齿轮与所述齿圈啮合的状态，所以可以快速起动发动机，由于不需要重新设置柱塞止动器等电动机，所以可以降低装置的价格。并且，因为没在起动机本身上设置柱塞止动器，所以也可以提高向车辆的配备性。
另外，在所述动力传递体上的从所述起动机电动机的输出轴传递旋转力的基部和所述小齿轮之间设有单方向离合器，该单方向离合器只能从所述基部向所述小齿轮的方向传递旋转力，因为该单方向离合器也从所述小齿轮向所述基部通过滑动阻力来传递旋转，所以即使齿圈的转速超过了小齿轮的转速，在起动机电动机的输出轴上也不会作用使驱动方向变成反方向的大的作用力。
另外，所述电磁驱动机构因为靠磁铁开关来驱动，该磁铁开关将所述起动机电动机和电池间切换导通状态和非导通状态，所以可以不用设置磁铁开关以外的由螺线管等构成的电磁驱动机构。所以，可以降低装置的价格。
另外，所述电磁驱动机构由可动铁心、固定铁心及线圈构成，通过所述可动铁心由于对所述线圈的通电而向固定铁心一侧移动，从而控制杆将所述可动传递体按压向使其朝向所述齿圈移动的方向，在停止向所述线圈通电时，所述可动铁心及所述动力传递体只要电性地施加受到在复位弹簧作用下返回的方向的力的可动铁心或动力传递体的一方向的移动力即可，而不必重新设置用于返回初始状态的电驱动机构。因此，降低了装置的价格。
另外，因为所述动力传递体设置成在所述起动机电动机的输出轴上滑动，所述解除机构是在所述动力传递体的内周和所述起动机电动机的输出轴的外周设置的螺旋形花键卡合部，所以若发动机起动后齿圈的转速超过小齿轮的转速，则齿圈与小齿轮齿的啮合会自动解开，因此不需要新的动力源。因此，降低了装置的价格。
另外，因为第一实施例用于无空转车辆，所以在可以快速再起动发动机的点上效果特别明显。
另外，第一实施例是用于起动发动机的起动机，包括：起动机电动机，该起动机电动机通过供给电流而被旋转驱动；动力传递体，该动力传递体被设置成在传递该起动机电动机的旋转力的输出轴上能够滑动，并且在外周具有小齿轮，通过在所述输出轴上滑动，能够使传递发动机的动力的齿圈和所述小齿轮的啮合状态断续；螺线管，该螺线管通过通电使所述动力传递体向所述小齿轮和所述齿圈相啮合的方向滑动；螺旋形花键卡合部，该螺旋形花键卡合部以分别啮合的方式设置在所述输出轴的外周和所述动力传递体的内周，并且倾斜使得所述小齿轮在所述齿圈的驱动力的作用下旋转时所述动力传递体向远离所述齿圈的方向滑动；控制器，该控制器控制所述螺线管，使得在发动机停止后使所述小齿轮与所述齿圈啮合。因为将所述螺旋形花键卡合部中的螺旋形花键的倾斜角度设置成发动机停止时维持所述小齿轮和所述齿圈相啮合的状态的大小，所以只考虑起动机电动机的齿槽转矩和各滑动部的滑动阻力来设定螺旋形花键的倾斜角度，就能够维持在发动机停止状态下的齿圈和小齿轮的啮合状态。且，所述螺旋形花键的倾斜角度θ，可以是在设所述小齿轮和所述齿圈的啮合长度为L，设通过齿隙使所述动力传递体可能移动的长度为S时，满足L＞S/tanθ条件的角度。
另外，第一实施例是用于起动发动机的起动机，包括：起动机电动机，该起动机电动机通过供给电流来驱动输出轴旋转；动力传递体，该动力传递体具有从该起动机电动机的输出轴传递旋转力的小齿轮，通过移动能够使传递发动机的动力的齿圈和所述小齿轮断续啮合；电磁驱动机构，该电磁驱动机构通过通电使所述动力传递体向所述小齿轮和所述齿圈啮合的方向移动；解除机构，该解除机构在所述齿圈的转速超过所述动力传递体的转速时，提供驱动力使所述动力传递体向解除所述小齿轮和所述齿圈的啮合的方向移动；控制器，该控制器控制所述电磁驱动机构，使得在发动机的曲轴的旋转完全停止后，对所述电磁驱动机构通电，以使所述动力传递体移动。因为在发动机停止后，由于相对于所述动力传递体的移动的发作用力，维持所述小齿轮和所述齿圈啮合的状态，因此可以实现快速起动发动机，而不需要另外设置柱塞止动器等的电动机，因而可以降低装置的价格。且，因为在起动机本身上没有设置柱塞止动器，所以可以提高向车辆的配备性。
另外，因为所述控制器在输入用于使发动机停止的信号起经过规定时间后，向所述电磁驱动机构通电，所以可以可靠地使小齿轮和齿圈啮合。
并且，在第一实施例中，在发动机停止后关闭继电器51，为使小齿轮齿和齿圈6变为啮合的状态而由控制器5进行控制，但是也可以从向控制器5输入要使发动机停止的信号开始到发动机实际停止这段时间内，使小齿轮齿和齿圈6相啮合。发动机从停止用的信号输入控制器5开始到实际停止为止，由于惯性的作用而旋转，但是此时齿圈6即使不驱动起动机电动机1也做低速的旋转，在此状态下若使动力传递体2向齿圈6方向移动，则即使不使起动机电动机1旋转也可以实现小齿轮齿和齿圈6的啮合。这样的话，在发动机停止后，驾驶者不会感觉到驱动起动机电动机1时引起的不协调感，进而，由于可以使对转子线圈12的通电保留在最小限度，所以也可以减少电流的消耗。
另外，由于齿圈6的旋转状态因使发动机停止前的发动机转速而不同，所以控制器5也可以输入用于使发动机停止的信号被输入时的发动机的转速，根据该发动机的转速改变向螺线管线圈35通电的时刻。如此，便可以使小齿轮齿和齿圈6可靠地啮合。
另外，在第一实施例中，在向控制器5输入使发动机停止的信号之后，关于发动机是否完全停止是通过经过规定的时间来判断的，但是也可以由检测发动机的旋转状态的传感器确认发动机的曲轴的旋转已完全停止，然后打开继电器51。如此，可以使小齿轮齿和齿圈6可靠地啮合。
另外，在第一实施例中，设置了检测小齿轮齿和齿圈6是否已啮合的检测装置78，但是只要通过实验等知道小齿轮齿和齿圈6可靠啮合的向转子12通电的时间，也可以省略检测装置78。
另外，在第一实施例中，虽然构成为起动机电动机1的输出轴17与转子13一体旋转，但是也可以通过齿轮或滑轮等传递机构，将转子13的旋转传递给独立于转子13而另外设置的输出轴17。
另外，在第一实施例中，虽然通过磁铁开关7的驱动力使动力传递体2移动，但是也可以使起动机电动机1的输出轴17旋转，利用动力传递体2的惯性力使小齿轮22向齿圈6一侧移动。通过这样的结构，也可以省略磁铁开关7。
[第二实施例]
下面结合图9～图11对本发明的第二实施例进行说明。图9表示第二实施例的起动机的电路。图10是第二实施例的发动机停止后的控制流程图。图11是第二实施例的发动机再次起动时的控制流程图。且，与第一实施例共同的部位用同一称呼、同一符号表示。
第二实施例，在电磁驱动机构3的螺线管31的作用下，磁铁开关7的可动触点73与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713抵接，从电池B向起动机电动机1供给电流，但是与第一实施例不同，在电动机侧固定触点713与起动机电动机1间设有电阻79。该电阻79的大小被如下这样设置，即，可以向起动机电动机1供给的电流满足起动机电动机1的输出扭矩大于用于使齿圈6旋转的所需的最小负荷转矩、且小于用于使齿圈6旋转的所需的最大负荷转矩。即，用经过电阻79供给的电流，起动机电动机1无法使齿圈6旋转360度。
另外，第二实施例除了磁铁开关7以外，还具有第二磁铁开关8。该第二磁铁开关8与磁铁开关7一样通过第二螺线管82驱动，该第二磁铁开关8还具有第二继电器81，该第二继电器81对该第二螺线管的第二螺线管线圈83和电池B间进行切换，使两者之间在导通状态与非导通状态之间进行切换。因此，若从控制器5向第二继电器81输出用于使其导通的信号，则从电池B向第二螺线管线圈83供给电流，与磁铁开关7一样，第二可动触点84与第二电池侧固定触点86和第二电动机侧固定触点85接触，从而从电池B向起动机电动机1供给电流。因为在该第二电动机侧固定触点85与起动机电动机1之间没有设置特别电阻，所以与磁铁开关7的可动触点73与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713接触时相比，有更大的电流通过。即，与磁铁开关7接通时相比，第二磁铁开关8接通时的起动机电动机1的输出转矩变大。因此，若第二磁铁开关8接通，则由于从起动机电动机1输出的转矩大于用于使齿圈6旋转所需的最大转矩，所以可以使齿圈6旋转360度以上。
如上所述的第二实施例，相对于第一实施例，虽然还设置了电阻79及第二磁铁开关8，但是电阻79及第二磁铁开关8，由于如图1～图3所示设置在与起动机不同的地方，所以起动机的构造本身几乎与第一实施例相同。
下面结合图8的控制流程图对第二实施例的工作进行说明，关于起动机的构造，因为与第一实施例基本相同，所以结合图1～图3进行说明。
首先，在发动机处于动作状态时，因为继电器51及继电器81变为非导通状态，没有向螺线管线圈35及第二螺线管线圈83供给电流，所以控制杆32不按压动力传递体2，小齿轮22从齿圈6分离。另外，可动触点73也从电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713离开。所以，也不向起动机电动机1的转子线圈12供给电流。
这里，在使发动机停止的情况下，在为了使发动机停止而断开点火装置开关，或者满足发动机的转速为空转转速的状态持续规定时间的无空转条件时，如图10的步骤S111所示，向控制器5输入使发动机停止的信号，进入步骤S112。
在步骤S112中，判断是否经过了直到发动机完全停止的规定时间，在判断出已经过了规定时间的情况下，进入步骤S113，从控制器5输出用于使继电器51成为导通状态的信号，使电池B和螺线管线圈35变为导通状态。通过向螺线管线圈35通电，与第一实施例一样，控制杆32伴随着可动铁心33的移动而摆动，具有小齿轮22的动力传递体2向齿圈6的方向移动。
在此，若齿圈6的齿的位置与小齿轮22的小齿轮齿的位置相吻合，则齿圈6与小齿轮齿相啮合，在小齿轮22的前端抵接于止动器113的状态下停止，在两者不吻合的情况下，小齿轮22抵接于齿圈6的侧面而在被按压的状态停止。此时，因为设置有检测小齿轮22是否与止动器113抵接的检测装置78，所以在小齿轮齿与齿圈6相啮合的情况下，向控制器5输出信号，在步骤S114中判断小齿轮齿与齿圈6的啮合。在此，在向控制器5输入小齿轮齿与齿圈6相啮合的信号的情况下，进入步骤S115，在没有向控制器5输入小齿轮齿与齿圈6相啮合的信号的情况下，继续维持向螺线管线圈35的通电状态。
另外，伴随向螺线管线圈35的通电，可动触点73与电池侧固定触点712和电动机侧固定触点713侧抵接，从电池B向起动机电动机1供给电流，但是因为在电动机侧固定触点713和起动机电动机1间设置有电阻79，所以对起动机电动机1以小电流进行预备通电。
通过该预备通电，从起动机电动机1的输出轴17向小齿轮22传递旋转力，在小齿轮的齿与齿圈6的齿吻合的时刻，小齿轮22沿轴向移动直至与止动器113抵接，小齿轮齿与齿圈6相啮合。通过该动作，从检测装置78向控制器5输出小齿轮齿与齿圈6相啮合的信号，进入步骤S115。
而且，通过预备通电，小齿轮22虽然旋转，但是因为起动机电动机1以小电流被通电，所以在稍微小于使齿圈6旋转所需的最大负荷转矩的转矩的作用下，起动机电动机1旋转。因此，在发动机的旋转负荷变为最大的齿圈6的角度附近，起动机电动机1的输出转矩不足，不能使齿圈6旋转，从而小齿轮22在此位置停止。
在步骤S115中，检测齿圈6的位置是否在规定位置，在规定位置时，进入步骤S116，关闭继电器51，停止向螺线管线圈35通电。另外，在步骤S115中在齿圈6的位置不在规定位置时，继续维持继电器51的开启状态。
这里所说的齿圈6的规定位置，是指发动机在压缩行程中活塞从下止点到上止点之间的比下止点与上止点间的中间位置更靠上止点一侧的位置，最好是比上止点稍靠前的位置。发动机，在吸气阀及排气阀关闭的压缩行程中，上止点前面是作用在曲轴上的负荷最大的位置，起动机电动机1由于预备通电而停止的位置为压缩行程中的活塞的上止点前面的位置。在步骤S115中，对于齿圈6的位置，不需要另外设置传感器，可以根据原本安装在发动机上的检测发动机曲轴角度的曲轴角度传感器、或检测凸轮轴角度的凸轮角度传感器输出的信息，对齿圈6的位置进行检测。且，在具有多个气缸的发动机中，虽然各气缸的活塞的位置不同，但在此情况下，平均来说活塞在从下止点到上止点之间的位置是负荷转矩最大的位置。
像这样在第二实施例中，因为使齿圈6的位置停止在发动机的负荷最大的位置，所以在发动机停止后，曲轴基本不旋转，即使在不向螺线管线圈35通电的状态下，也可以维持小齿轮齿与齿圈6的啮合状态。且，如第一实施例所示，即使不增大螺旋形花键卡合部的螺旋齿的倾斜角度，也可以维持小齿轮齿与齿圈6的啮合状态。
下面结合图11的流程图对发动机从停止状态到再次起动发动机进行说明。在步骤S117中发动机处于停止状态，在步骤S118判断点火装置开关是否接通。在判断出点火装置开关接通的情况下，进入步骤S120，向控制器5输入使发动机再起动的信号。另外，在步骤S118中，在没有判断出点火装置开关接通的情况下，进入步骤S119，判断是否满足解除无空转的条件。在满足解除无空转的条件的情况下，进入步骤S120，在不满足解除无空转的条件的情况下，返回步骤S117维持发动机停止的状态。
在步骤S120中，若向控制器5输入使发动机再起动的信号，则进入步骤S121开启继电器51。并且，在步骤S122中由检测装置78检测小齿轮齿与齿圈6是否啮合，在判断出啮合的情况下，进入步骤S123关闭继电器51。另外，在没有判断出小齿轮齿与齿圈6啮合的情况下，维持继电器51的开启状态。且，在第二实施例的情况下，因为在发动机停止时小齿轮齿与齿圈6相啮合，所以也可以省略步骤S121～步骤S123，但是万一由于某种原因在解除了小齿轮齿与齿圈6的啮合时，因为发动机不能被再起动，所以鉴于安全性而进行。
在步骤S123后，进入步骤S124，然后开启第二继电器81。由此，电池B与第二螺线管线圈83间变为导通状态，向第二螺线管线圈83供给电流。由此，第二可动触点84与第二电池侧固定触点86和第二电动机侧固定触点85相接触，从电池B向起动机电动机1的转子线圈12供给电流，起动机电动机1的输出轴17旋转，伴随于此，小齿轮22与齿圈6旋转。
接下来在步骤S125中，判断发动机是否起动，在发动机已经起动的情况下，进入步骤S126，关闭第二继电器81，停止向第二螺线管线圈83及转子线圈12通电。且，关于发动机是否已起动，与第一实施例一样，考虑检测发动机转速，在发动机转速在规定转速以上的状态持续规定时间时，判断发动机已经起动。
另外，虽然在图11的流程图中省略，但在步骤S125中，在发动机无论如何也起动不起来时，为使电池B的电压不降低，若经过规定时间，则自动地反复进行关闭第二继电器81、再次开启第二继电器81的操作。在即使这样也起动不了发动机的情况下，便会发出有异常情况的警报。另外，在发动机起动时驾驶者通过接通点火装置开关而要起动发动机的情况下，由于点火装置开关是断开的，所以第二继电器81也关闭。
以上对第二实施例的构造及动作进行了说明，下面对第二实施例的作用效果进行说明。
第二实施例是用于起动发动机的起动机，包括：起动机电动机，该起动机电动机通过供给电流来驱动输出轴旋转；动力传递体，该动力传递体具有从该起动机电动机的输出轴传递旋转力的小齿轮，通过移动能够使传递发动机的动力的齿圈和所述小齿轮断续啮合；电磁驱动机构，该电磁驱动机构通过通电使所述动力传递体向所述小齿轮和所述齿圈啮合的方向移动；解除机构，该解除机构在所述齿圈的转速超过所述动力传递体的转速时，提供驱动力使所述动力传递体向解除所述小齿轮和所述齿圈的啮合的方向移动；控制器，该控制器控制用于使所述动力传递体移动的所述电磁驱动机构，使得在发动机停止时所述小齿轮与所述齿圈啮合。发动机在所述小齿轮与所述齿圈相啮合的状态下，因为活塞在压缩行程中停止在下止点到上止点之间，所以可以实现快速起动发动机。另外，起动机本身，因为即使用现有的装置也可使齿圈停止在负荷转矩最大的位置，所以可以维持小齿轮与齿圈啮合的状态。而且，虽然为了使齿圈停止在负荷转矩大的位置而需要另外的磁铁开关，但是因为不必与起动机一体设置，所以提高了向车辆的装配性。
且，发动机最好停止在比下止点与上止点的中间位置更靠向上止点一侧的位置，而且最好停止在上止点前面。这样，可以进一步可靠地维持小齿轮与齿圈的啮合。
另外，在第二实施例中，发动机停止，在所述小齿轮与所述齿圈啮合的状态下，在小于用于使发动机旋转的最大负荷转矩、大于用于使发动机旋转的最小负荷转矩的转矩作用下，驱动所述起动机电动机，因此，可以容易地使齿圈停止在规定的位置。
另外，在发动机停止后，在所述起动机发动机以通电状态停止旋转驱动的状态下，若通过停止向所述起动机电动机通电，则使齿圈停止在规定的位置，则可以更容易地使齿圈停止在规定的位置。
另外，若具有检测发动机的曲轴角度的曲轴角度传感器，在所述起动机电动机通电的状态停止旋转驱动的状态下的曲轴角度，成为活塞从下止点到上止点之间的角度的状态下，停止向所述起动机电动机通电，则可以进一步可靠地维持小齿轮与齿圈的啮合。另外，具有检测发动机的凸轮角度的凸轮角度传感器，在所述起动机电动机在通电状态下停止旋转驱动的状态下的凸轮角度，在为压缩行程的状态下停止向所述起动机电动机通电，也可以进一步可靠地维持小齿轮与齿圈的啮合。且，若考虑可靠性，最好根据曲轴角度传感器的信息和凸轮角度传感器的信息共同检测齿圈的位置。
并且，在第二实施例中，虽然采用了两个磁铁开关，但是只要可以根据曲轴角度传感器和凸轮角度传感器等检测出齿圈的位置及发动机是否处在压缩行程中，则通过向控制器反馈齿圈的旋转位置，即使用一个磁铁开关也可以实现在压缩行程中使活塞停止在上止点附近的位置。另外，在不使用来自传感器的信息的情况下，只要可以通过PWM控制等使向起动机电动机的通电可变，则即使用一个磁铁开关也可以实现在压缩行程中使活塞停止在上止点附近的位置。
另外，作为第二实施例的变形例，如图12所示，在需要任意设定小齿轮22的移动的时刻和起动机电动机1的输出轴17旋转的时刻的情况下，在第二实施例的结构的基础上，也考虑使用第三螺线管87、第三磁铁开关89及第三继电器88。通过这样的结构，可以实现细微的调整，可以尽可能地减轻驾驶者的不协调感。

Claims (7)

1.一种用于起动发动机的起动机，其特征在于，具有：
起动机电动机，该起动机电动机通过供给电流来驱动输出轴旋转；
动力传递体，该动力传递体具有从该起动机电动机的输出轴传递旋转力的小齿轮，通过移动能够使传递发动机的动力的齿圈和所述小齿轮断续啮合；
电磁驱动机构，该电磁驱动机构通过通电使所述动力传递体向所述小齿轮和所述齿圈啮合的方向移动；
解除机构，该解除机构在所述齿圈的转速超过所述动力传递体的转速时，提供驱动力使所述动力传递体向解除所述小齿轮和所述齿圈的啮合的方向移动；
控制机构，该控制机构控制用于使所述动力传递体移动的所述电磁驱动机构，使得在发动机停止后形成所述小齿轮与所述齿圈啮合的状态，
利用在所述动力传递体移动时产生的移动阻力，在发动机停止状态下维持所述小齿轮与所述齿圈啮合的状态。
2.如权利要求1所述的起动机，其特征在于：
在所述动力传递体上的从所述起动机电动机的输出轴传递旋转力的基部与所述小齿轮之间，设置有从所述基部只向所述小齿轮的方向传递旋转力的单方向离合器，该单方向离合器通过滑动阻力还从所述小齿轮向所述基部传递旋转。
3.如权利要求1所述的起动机，其特征在于：
所述电磁驱动机构由使所述起动机电动机与电池间在导通状态与非导通状态之间进行切换的磁铁开关驱动。
4.如权利要求3所述的起动机，其特征在于：
所述电磁驱动机构由可动铁心、固定铁心和线圈构成，所述可动铁心通过向所述线圈通电而向固定铁心一侧移动，由此控制杆将所述动力传递体按压向朝向所述齿圈移动的方向，在停止向所述线圈通电时，所述可动铁心及所述动力传递体接受复位弹簧产生的返回方向的力。
5.如权利要求1所述的起动机，其特征在于：
所述动力传递体构成为在所述起动机电动机的输出轴上滑动，所述解除机构是在所述动力传递体的内周和所述起动机电动机的输出轴的外周设置的螺旋形花键卡合部。
6.如权利要求1所述的起动机，其特征在于：
所述控制机构控制用于使所述动力传递体移动的所述电磁驱动机构，使得在发动机完全停止之前所述小齿轮和所述齿圈也相啮合。
7.如权利要求1所述的起动机，其特征在于：
所述起动机用在无空转车辆中。
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