CN102545472A - 用于驱动起动装置的电动机的电枢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机的电枢，该电动机用于驱动内燃机的起动装置，所述电枢具有能旋转地容纳在电枢轴上的、用于驱动接在后面的中间传动机构的电枢小齿轮以及设置在所述电枢轴上的带有电枢绕组的电枢铁心。根据本发明，电枢小齿轮在电枢轴上沿轴向定位并且在电枢小齿轮和所述电枢轴之间置有滑动离合器。电枢小齿轮以及电枢小齿轮凸缘与摩擦片、圆盘以及压缩弹簧相互作用构成滑动离合器，该滑动离合器在达到或者超出结构上确定的最大转矩极限值M_max之后滑动，从而基本上不再传递转矩。由此保护电枢免受在内燃机起动过程期间发生异常时可能出现的损坏。此外，能够通过简单的方式将电枢小齿轮更换为具有不同齿数的电枢小齿轮而不必整个更换电枢。由此，例如可以轻松地使起动装置的变速比与不同的需求相适应。

Description

用于驱动起动装置的电动机的电枢

技术领域

本发明涉及一种用于电动机的电枢，该电动机用于驱动内燃机的起动装置。

背景技术

内燃机一般不能由自身的力起动，而是需要一个单独的起动装置，该起动装置提供对起动过程而言所必需的机械的初始能量。

目前，通常使用带转子和定子的电的起动装置，该起动装置由适合的电源供电。起动小齿轮通常与电动机的转子轴刚性连接，例如被压在该转子轴上或者与该转子轴构造为一体。通常通过电刷和换向器向转子输入电流，与此相反，定子可以被实施为具有绕组和/或具有永久磁铁。为了提高起动转矩，可以设置中间传动机构，特别是行星齿轮传动机构。于是，电枢小齿轮通过中间传动机构驱动实际的起动小齿轮。为了起动小齿轮的啮合，经常设置磁驱动的预啮合致动器，该预啮合致动器用于将起动小齿轮移入到内燃机飞轮上的齿圈中。为了使起动装置与起动的内燃机脱离联接，通常设有自由轮机构。

但如果在内燃机的起动过程中出现异常，例如误点火、不希望的往回转动或者在内燃机锁止时所谓的停转冲击负荷，会对起动装置产生极高的机械负荷，这可能会导致起动装置的损害或破坏。甚至在内燃机的正常起动过程中，由于活塞在燃烧室内的上下运动以及与此相伴的压缩会出现脉动的转矩冲击。

由现有技术已知多种带有转矩限制器的用于起动内燃机的电的起动装置，该转矩限制器能防止在起动过程中出现异常的情况下发生损坏。

US 5,241,871涉及一种转矩受限制的、用于内燃机的电起动机。电动机的轴设有螺纹区段，该螺纹区段与盘形的驱动板接合。起动小齿轮可自由扭转且可沿轴向移动地安装在轴上。在驱动板和起动小齿轮之间设有盆状的由弹性体制成的离合器体。如果使用于起动内燃机的电动机处于转动状态，那么驱动板由于其惯量朝轴端部的方向预拧紧，并且带动离合器体和起动小齿轮，该起动小齿轮由此被啮合到内燃机的齿圈中。轴端部上的止挡在此限制移动行程。同时，弹性离合器体逐渐更牢固地被夹紧在预拧紧在轴上的驱动板和起动小齿轮之间，从而使该起动小齿轮处于转动状态，并使内燃机的起动过程开始。驱动板与离合器体和起动小齿轮一起形成摩擦离合器，该摩擦离合器限制作用在驱动轴上的转矩。通过离合器体的压缩程度可以调节最大可传递的转矩。可自由旋转的起动小齿轮直接用于啮合到内燃机的齿圈中并且因此沿轴向在轴上移动。

DE 10148670A1涉及另一种用于起动内燃机的具有起动电动机的起动装置，该起动电动机包括带有行星齿轮传动机构的定子和转子。在转子和行星齿轮传动机构之间放置有至少一个弹性元件，其用于弹性地减轻转子轴以其转子叠片组与小齿轮轴之间的转矩冲击。除其固有弹性之外，在带有转子叠片组的转子轴和固定在弹性元件上的驱动小齿轮之间始终存在机械式“固定”连接或者说传力连接以及形状配合连接，该驱动小齿轮与接在后面的行星齿轮传动机构啮合。弹性元件可以用扭力杆、环形元件、曲折的片簧或者卷簧实现。除了采用扭力杆的实施方式之外，所限定的转矩限制可以只通过“超越”，即通过暂时中断转子轴和弹性元件之间的形状配合连接实现。不进行例如通过使用摩擦离合器或者滑动离合器“柔性”地使用转矩限制。

此外，由FR 2803125A1还已知用于飞行器，特别是直升飞机的结实耐用的直流发电机，该直流发电机带有转子和定子。引取电流通过与转子连接的集电器实现。定子被实施为单体结构方式，以提高发电机的耐振性。发电机的驱动小齿轮通过柔性离合器与转子轴连接，以减小与振动的耦合。并非借助于柔性离合器限定转矩极限。

DE 2205235A涉及一种多片式离合器，用于内燃机的电的起动装置，该多片式离合器具有驱动外部薄片的传动件以及容纳内部薄片的离合器螺母，该离合器螺母置于驱动轴的多头螺纹区段上，可在两个止挡之间纵向移动，并且弹性地支撑在驱动侧的止挡上以及承载一个夹持环和至少一个调整盘片。由多片式离合器传递的转矩在电动机的电枢轴起动之后连续地增加，直至达到最大可传递的、由至少一个调整盘片所限制的转矩。这个之前已知的实施方式因为多片式离合器而在结构上非常复杂且改变了相应可传递的转矩。

DE 2337260A1示出了一种用于内燃机起动装置的螺旋齿轮传动机构，带有设置在驱动轴上的螺栓套筒和与该螺栓套筒接合的传动件，该传动件与可旋转且可移动地支撑在驱动轴上的起动小齿轮连接。完全啮合的起动小齿轮止动在装置端侧的支承凸起上，然后通过传动件和螺栓套筒与电动机的驱动轴以传力连接的方式相联接。

发明内容

本发明公开了一种用于驱动内燃机的起动装置的电动机的电枢，该电枢具有可旋转地容纳在电枢轴上的、用于驱动接在后面的中间传动机构的电枢小齿轮以及设置在电枢轴上的具有电枢绕组的电枢铁心。

依据本发明，电枢小齿轮在电枢轴上沿轴向定位并且设置于电枢小齿轮和电枢轴之间。

如果在内燃机的起动过程中出现异常，则通过滑动离合器确保，不会有不允许的过高的转矩反作用于电起动装置的电枢。此外，在必要时，可以容易地在电枢轴上将电枢小齿轮更换为具有不同齿数的另一电枢小齿轮。由此，可以改变起动装置与行星齿轮传动机构相配合的变速比，而不需要更换整个电枢。此外，也可以在磨损情况下快速地更换电枢小齿轮。

根据本发明的电枢的电枢小齿轮或者从动齿轮并不规定直接啮合到要起动的内燃机的齿圈中。而是电枢小齿轮与驱动预啮合传动机构的中间传动机构，特别是行星齿轮传动机构接合。通过预啮合传动机构，才使实际的起动小齿轮处于旋转状态，并且啮合到内燃机的飞轮齿圈中。为此目的，接在行星齿轮传动机构后面的预啮合传动机构例如包括用于移入的磁的预啮合制动器以及自由轮机构，该自由轮机构用于使被起动的内燃机与起动装置机械地脱离联接。

滑动离合器包括电枢小齿轮凸缘、至少一个摩擦片、圆盘和至少一个压缩弹簧。

由此，实现了根据本发明的电枢的结构简单的构造。在一种有利的设计方案中规定，电枢小齿轮借助于至少一个扣环固定在电枢轴上。

由于扣环，在必要时可以通过简单的方式将电枢小齿轮与具有不同齿数的电枢小齿轮进行替换或者在磨损情况下更换电枢小齿轮。此外，扣环简化了电枢的安装。

根据另一有利的设计方案规定，摩擦片至少局部地构造在电枢小齿轮凸缘的内表面上和/或至少局部地构造在圆盘的外表面上。通过摩擦片至少局部的构造，可以有针对性地改变由滑动离合器可传递的最大转矩。此外，所希望的、可由滑动离合器传递的最大转矩通过适合的摩擦片的材料组成限定地进行调节。

圆盘被不可相对转动地容纳在电枢轴的片式齿部(Lamellenverzahnung)上。

由此实现了在电枢和电枢小齿轮之间的转矩传递。圆盘至少在部分区域与电枢的片式齿部处于形状配合连接，与此相对，圆盘和电枢小齿轮凸缘之间的转矩传递通过摩擦连接实现。片式齿部同时用于将电枢铁心的电枢片定位在电枢轴上。

根据本发明的另一种设计方案规定，在圆盘和电枢铁心之间设有压缩弹簧。

通过压缩弹簧确保，可以借助于滑动离合器传递限定的起动转矩。此外，使用不同硬度或者说弹簧力的压缩弹簧实现了可由滑动离合器传递的最大转矩M_max的变化。在此，压缩弹簧支撑在圆盘内表面和电枢铁心上。所使用的压缩弹簧应具有尽可能小的轴向结构长度，例如盘形弹簧或者波形弹簧。作为替代，压缩弹簧也可以是螺旋弹簧。

在电枢轴中设置至少一个电枢轴凹槽并且在电枢小齿轮孔中设置至少一个电枢小齿轮凹槽以容纳至少一个扣环。

具有优选为矩形的横截面几何形状的凹槽在制造技术方面可以简单且低成本地进行制造，并且确保所希望的电枢小齿轮相对于电枢轴的定位，使得可以实现围绕电枢轴的自由旋转，但防止了电枢小齿轮在电枢轴上的轴向移动。

附图说明

下面根据附图对本发明进行详细描述。

附图中：

图1示出了由现有技术已知的用于内燃机的电的起动装置的纵向剖视图；

图2示出了根据本发明的、用于内燃机电起动装置的电动机的电枢的立体图；

图3示出了根据图2的电枢的纵向剖视图；以及

图4示出了具有摩擦片的圆盘的详细视图。

具体实施方式

图1首先以纵向剖视图示出了由现有技术已知的起动装置10。

这个起动装置10例如具有起动电动机13和预啮合致动器16(例如，继电器、起动继电器)。所述起动电动机13和电预啮合致动器16固定在一个共同的驱动端轴承盖19上。起动电动机13在功能上用于当起动小齿轮22啮合到内燃机(这里未示出)的齿圈25中时，驱动起动小齿轮22。

起动电动机13具有作为壳体的极管28，所述极管在其内周上支承多个极靴31，这些极靴分别被一个励磁绕组34缠绕。极靴31又包围着电枢37，该电枢具有一个由多个薄片40构成的电枢铁心43和一个设置在多个槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43压紧在驱动轴44上。此外，在驱动轴44的远离起动小齿轮22的端部上还安装了换向器52，所述换向器52尤其由多个单个的换向器薄片55构成。换向器薄片55通过已知的方式与电枢绕组49电连接，使得在通过碳刷58给换向器薄片55通电时产生电枢37在极管28中的旋转运动。设置在电预啮合致动器16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态时不仅为碳刷58而且为励磁绕组34供电。驱动轴44在换向器侧通过轴颈64支撑在滑动轴承67中，该滑动轴承67又位置固定地保持在换向器轴承盖70中。所述换向器盖70又借助于拉杆73固定在驱动端轴承盖19中，所述拉杆73分布在极管28的周边上(例如两个、三个或者四个螺钉)。在此，极管28支撑在驱动端轴承盖19上，而且换向器轴承盖70支撑在极管28上。

沿驱动方向，在电枢37上连接了一个所谓的太阳轮80，该太阳轮是行星齿轮机构83的一部分。太阳轮80被借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上的多个行星齿轮86，通常是三个行星齿轮86包围。行星齿轮86在内齿圈95中滚动，所述内齿圈95在外侧支承在极管28中。在朝输出侧的方向上，行星架98与行星齿轮86相接，轴颈92容纳在所述行星架中。行星架98又支承在中间支承件101和设置在该中间支承件101中的滑动轴承104中。中间支承件101被设计为盆形，使得在其中容纳行星架98以及行星齿轮86。此外，在盆形的中间支承件101里还设置了内齿圈95，该内齿圈最后通过盖107相对于电枢37封闭。中间支承件101也通过其外周边支撑在极管28的内侧。电枢37在驱动轴44的远离换向器52的端部上具有另一个同样容纳在滑动轴承113中的轴颈110。所述滑动轴承113又容纳在行星架98的中央孔里。行星架98与输出轴116一体地连接。这个输出轴116通过它远离中间支承件101的端部119支承在另一个轴承122中，该另一轴承固定在驱动端轴承盖19中。

输出轴116分为不同的区段：接在设置在中间支承件101的滑动轴承104中的区段后面的是带有所谓的直齿125(内齿)的区段，该直齿是所谓的轴毂连接结构128的一部分。在这种情况下，这个轴毂连接结构128使传动件131沿轴向的直线滑动成为可能。该传动件131是套筒状的突出部，该突出部和自由轮机构137的盆形外圈132一体地连接。这个自由轮机构137(定向制动器)此外还包括沿径向设置在外圈132内部的内圈140。在内圈140和外圈132之间设置了夹紧体138。这个夹紧体138与内圈140和外圈132相互作用，防止在外圈132和内圈140之间朝第二个方向的相对转动。换句话说，自由轮机构137能实现内圈140和外圈132之间只朝一个方向的相对运动。在本实施例中，所述内圈140被实施为与起动小齿轮22和该起动小齿轮的斜齿143(外斜齿)是一体的。替代地，所述起动小齿轮22也可以实施为直齿的小齿轮。代替通过励磁绕组34电磁激励的极靴31，也可以使用永久励磁的电极。

但是，电的预啮合致动器16或者更具体地说衔铁168还有一项任务，即，用推杆174通过拉动元件187使一个可转动地设置在驱动端轴承盖19上的杆件190运动。通常被构造为叉形杆的该杆件190通过两个这里没有示出的“尖齿”在其外周上包住两个盘片193和194，以使夹在这两个盘片之间的传动环197克服接合弹簧200的阻力向自由轮机构137运动，并且由此使起动小齿轮22啮合到齿圈25中。此外，衔铁168还具有用于引导电磁场的衔铁轭铁171。衔铁168同时操纵开关销177(开关轴线)，触头180、181可通过该开关销借助于接触桥184电连接。

接下来讨论啮合机构。所述电预啮合致动器16具有接线柱150，该接线柱是电触头并且在集成到机动车辆的情况下连接在起动机电池(这里未示出)的正极上。这个接线柱150穿过盖153。第二接线柱152是用于起动电动机13的端子，通过电流引线161(粗的绞合线)给该起动电动机供电。所述盖153封闭由钢制成的继电器壳体156，该继电器壳体借助于多个固定元件159(螺钉)固定在驱动端轴承盖19上。

在电预啮合致动器16中还设置了用于对叉形杆190施加拉力的推动装置162和开关装置161。推动装置160具有吸引绕组162，以及开关装置161具有保持绕组165。推动装置160的吸引绕组162和开关装置161的保持绕组165各自在接通状态下产生一个穿过多个不同的部件电磁场。代替设有直齿125，轴毂连接结构128也可以设有多头螺纹齿(Steilgewindeverzahnung)。在此可以有多种组合，即a)起动小齿轮22为斜齿，且轴毂连接结构128具有直齿125，b)起动小齿轮22为斜齿，且轴毂连接结构128具有多头螺纹齿，或者c)启动小齿轮为直齿，且轴毂连接结构128具有多头螺纹齿。

图2示出了根据本发明设计的电枢的简化立体图。

电枢300包括电枢轴302，用于引导电磁场的电枢铁心304不可相对转动地设置在该电枢轴上。在电枢铁心304中插入电枢绕组306。通过未示出的电刷和换向器308给电枢绕组306供电。代替电枢绕组306，还可以设置用于电磁激励的永久磁铁。在电枢轴302上容纳有电枢小齿轮310，使得该电枢小齿轮自超过限定的转矩起才可以沿旋转箭头312的方向自由地在电枢轴302上旋转，而该电枢小齿轮不可沿箭头314的方向，即沿电枢轴302的轴向在该电枢轴上移动。电枢小齿轮310经由中间传动机构，特别是行星齿轮传动机构(特别地参见图1)，通过接在后面的滚子自由轮机构驱动实际的起动小齿轮。起动小齿轮在起动过程期间借助于磁的预啮合致动器啮合到内燃机的飞轮质量齿圈中。因此，电枢小齿轮310通常设有直齿，而起动小齿轮也可以具有斜齿，以便于在起动过程中的特别地于齿在齿上的位置啮合。

图3示出了根据图2的电枢的纵向剖视图。

电枢300特别地包括固定在电枢轴302上的、带有插入其内的电枢绕组306的电枢铁心304。电枢小齿轮310的电枢小齿轮凸缘316与摩擦片318、圆盘320以及压缩弹簧322一起构成滑动离合器324。电枢小齿轮310为了固定在电枢轴302上而具有电枢小齿轮孔326。在电枢轴302中设有电枢轴凹槽328并且在电枢小齿轮310中设有电枢小齿轮凹槽330，扣环332设在电枢轴凹槽和电枢小齿轮凹槽中。由此，电枢小齿轮自超出限定的转矩起可以在电枢轴302上自由地旋转，但不可进行在电枢轴302上的轴向移动。

圆盘320通过这里不可见的片式齿部(参见图4)以不可相对扭转的方式容纳在电枢轴302上。圆盘320的轴向定位通过电枢小齿轮凸缘316和电枢300的电枢铁心304结合压缩弹簧322实现。压缩弹簧322在一侧支撑在电枢铁心304上，而在另一侧支撑在圆盘内表面334上。为了实现紧凑的结构，压缩弹簧322应当在轴向上具有尽可能小的结构长度。滑动离合器324通过压缩弹簧322被预紧，因而自开始起在圆盘320和电枢小齿轮凸缘316之间就存在确定的压紧力，从而转矩可以从电枢轴302传递到电枢小齿轮310。

在电枢小齿轮凸缘316的内表面336和圆盘外表面338之间设有摩擦片318。摩擦片318原则上可以至少局部地分别设置在电枢小齿轮凸缘316的内表面336和/或圆盘外表面338上。在所示的本发明的优选实施方式中，摩擦片318被构造为圆环形并且设置在圆盘外表面338内的圆形凹部340中。为了提高可传递的转矩，凹部340构造在圆盘320的周边中。摩擦片318因摩擦连接和传力连接的组合实现了圆盘320和电枢小齿轮凸缘316之间的转矩传递。如果圆盘320例如用金属材料制成，那么摩擦片318可以例如通过弹性体硫化构造在圆盘外表面338上。为了提高摩擦作用，进而提高借助于滑动离合器324可传递的转矩，则用于形成摩擦片318的弹性体可以例如设有矿物颗粒。

如果在内燃机起动过程期间在电枢轴302和电枢小齿轮310之间要传递的转矩M超出最大值M_max，则滑动离合器324滑转并且基本上无法再继续传递转矩。如果滑动离合器324的转矩负荷下降到结构上确定的M_max以下，则滑动离合器324再次接合，并且正常地传递即将到来(anstehend)的转矩。由此，能可靠地避免电枢300由于机械的过负荷，特别是如在内燃机起动过程期间发生异常的情况下而可能会产生的过负荷而损坏。可由滑动离合器324传递的最大转矩M_max首先通过硬度或者更确切地说由压缩弹簧322产生的弹簧力确定。此外，也可以通过摩擦片318的材料组分以及摩擦片318在电枢小齿轮凸缘316和/或圆盘320区域内的表面延伸部分以及摩擦片318的材料强度有针对性地影响可传递的最大转矩。依据本发明的电枢300在没有实质性的结构更改的情况下可以集成到已知的起动装置10(参见图1)中。然后，代替太阳轮80，根据本发明的电枢300的电枢小齿轮310啮合到旋转式传动机构83(行星齿轮传动机构)中。

图4示出了带有摩擦片的圆盘的详细视图。

圆环形的摩擦片318设置在圆盘320的同样为圆环形的凹部340中。凹部340被构造在圆盘320的外部边缘区域(未示出)中，即构造在径向周边区域中。压缩弹簧322位于圆盘320的后面。圆盘320还具有圆盘孔342，该圆盘孔在内侧设有圆盘齿部344，该圆盘齿部至少在部分区域能够以形状配合连接的方式与电枢轴302的外侧的片式齿部346啮合。由此，圆盘320与摩擦盘318不可相对旋转地固定在电枢轴302上。

在轴向上，圆盘320仍可以在电枢轴302上略微地运动，但该运动向前由沿轴向借助于扣环332固定在电枢轴302上的电枢小齿轮310被限制，在相反的方向上向后由电枢铁心304与压缩弹簧322相互作用而被限制。扣环332和电枢小齿轮310在这里未示出(参见图3)。

但由于压缩弹簧322，圆盘320在起动小齿轮和电枢铁心304之间的略微有弹性的轴向运动(压缩弹簧322的弹簧行程的数量级)仍是可能的。

Claims (9)

1.一种用于电动机的电枢(300)，该电动机用于驱动内燃机的起动装置，所述电枢具有能旋转地容纳在电枢轴(302)上的、用于驱动接在后面的中间传动机构的电枢小齿轮(310)以及具有设置在所述电枢轴上的带有电枢绕组(306)的电枢铁心(304)，其特征在于，所述电枢小齿轮(310)在所述电枢轴(302)上沿轴向定位，并且在所述电枢小齿轮(310)和所述电枢轴(302)之间设置有滑动离合器(224)。

2.如权利要求1所述的电枢(300)，其特征在于，所述滑动离合器(224)包括电枢小齿轮凸缘(316)、至少一个摩擦片(318)、圆盘(320)和至少一个压缩弹簧(322)。

3.如权利要求1或2所述的电枢(300)，其特征在于，所述电枢小齿轮(310)借助于至少一个扣环(332)固定在所述电枢轴(302)上。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，所述摩擦片(318)至少局部地构造在所述电枢小齿轮凸缘(316)的内表面(336)上和/或至少局部地构造在圆盘外表面(338)上。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，所述圆盘(320)不能相对扭转地被容纳在所述电枢轴(302)的片式齿部(346)上。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，在所述圆盘(320)和所述电枢铁心(304)之间设有压缩弹簧(322)。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，所述压缩弹簧(322)支撑在圆盘内表面(334)和所述电枢铁心(304)上。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，在所述电枢轴(302)内设有至少一个电枢轴凹槽(328)以及在电枢小齿轮孔(326)内设有至少一个电枢小齿轮凹槽(330)用于容纳所述至少一个扣环(332)。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的电枢(300)，其特征在于，特别地能够借助于所述压缩弹簧(322)调节能通过所述滑动离合器(324)传递的最大转矩M_max。

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