CN104246208A - 发动机启动装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机启动装置，在将输出轴(5)和移动体(3)连接的螺旋花键结合部处，在输出轴和移动体中的至少任一方的动力传递侧齿面(37a、38a)上形成有缺口部(37b、38b)，缺口部相对于轴向的角度比螺旋花键部的导程角小。

Description

发动机启动装置

技术领域

本发明涉及将电动机的旋转力从移动体传递至发动机的齿圈以启动发动机的发动机启动装置。

背景技术

目前，提出了一种具有能独立地使电动机的通电电路的接通断开功能和使移动体突出的功能进行动作的电磁开关的发动机启动装置。(例如参照专利文献1)

另外，还存在一种装置，其使用专利文献1记载的电磁开关，使移动体的旋转速度与齿圈的旋转速度同步之后，使移动体突出，以与齿圈啮合。

(例如参照专利文献2)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-191843号公报

专利文献2：日本专利特开2010-236533号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在专利文献2的启动装置中，当使移动体的旋转速度与齿圈的旋转速度同步时，在使移动体突出之前，使电动机旋转，但此时，在移动体的旋转速度与齿圈的旋转速度同步之前，可能会因移动体和输出轴的螺旋花键而使移动体突出。

另外，在包括能独立地使电动机的通电电路的接通断开功能和使移动体突出的功能进行动作的电磁开关的启动装置中，当在刚怠速停止之后的发动机惯性旋转中产生再启动要求时，为了能进行高速旋转中的啮合，有时使电动机通电电路比移动体压出动作先进行动作。此时，当电动机的旋转力从输出轴经由螺旋花键结合朝移动体传递时，因螺旋花键的齿轮的斜率即导程角和移动体的惯性而使旋转力也施加在轴向上，因此，移动体可能会突出而与齿圈接触。

图3说明上述具有能独立地使电动机的通电电路的接通断开和使移动体突出的功能进行动作的电磁开关的现有发动机启动装置的问题，图3(a)示出了电动机处于静止时的状态，图3(b)示出了电动机处于旋转时的状态。

在移动体突出前、电动机动作的情况下，因来自电动机的旋转能量而使输出轴旋转。输出轴的旋转能量因输出轴和移动体的螺旋花键37、38的结合而朝移动体传递，当因螺旋花键结合的斜率和移动体的惯性而使输出轴朝箭头X方向旋转时，移动体朝轴向(箭头Y方向)突出。另外，在图3中，当将图3顺时针旋转90°时，形成与后述图1、图2相同的朝向，在图3(b)中，上方(箭头Y方向)为齿圈方向。另外，用俯视图表示以本来的圆形设定的螺旋花键结合部，示出了各个齿轮的啮合。

为了抑制这种移动体的突出，通过增大对移动体动作用柱塞进行施力的柱塞弹簧的负载，能经由压出机构朝与齿圈相反的方向按压移动体而抑制突出，但在该情况下，存在以下问题：需要增大移动体动作用柱塞的吸引力，会导致电磁开关大型化。

本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种发动机启动装置，不会使电磁开关大型化，即便使电动机通电电路比移动体压出功能先进行动作，也能防止因电动机的旋转力以及输出轴与移动体的螺旋花键结合部的导程角而导致移动体朝轴向突出。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的发动机启动装置包括：电动机，该电动机在受到供电时产生转矩；输出轴，该输出轴形成有传递上述电动机的转矩的螺旋花键；移动体，该移动体具有与上述输出轴卡合的螺旋花键，并将上述电动机的转矩传递至发动机侧；以及电磁开关，该电磁开关具有使以下两个功能分别独立地进行动作的机构，一个功能是通过朝电动机动作用螺线管线圈通电来对电动机动作用柱塞进行磁化、并利用该电动机动作用柱塞的移动对朝上述电动机的电力供给的接通断开进行切换的功能，另一个功能是通过朝移动体动作用螺线管线圈通电来对移动体动作用柱塞进行磁化、并利用该移动体动作用柱塞的移动通过压出机构将移动体朝齿圈侧压出的功能，在上述发动机启动装置中，在上述输出轴和上述移动体中的至少任一方的螺旋花键的动力传递侧齿面上形成有缺口部，并且，以在发动机启动装置处于静止时，上述缺口部与上述移动体(或上述输出轴)的螺旋花键的一部分啮合的方式配置了上述输出轴和上述移动体的螺旋花键。

另外，上述缺口部相对于电动机轴向的角度比上述螺旋花键部的导程角小。

发明效果

根据本发明的发动机启动装置，即便使电动机通电电路比移动体压出功能先进行动作，也不会使移动体突出，能提高移动体与齿圈的耐久性，同时能消除因碰撞而产生的噪声，因此，能期待静谧性的效果。另外，结构上的变更相对于现有形状较小，发动机启动装置的外观不变，因此，能获得布局性优异的发动机启动装置。

上述及除此之外的本发明的目的、特征、效果可根据以下实施方式中的详细说明及附图的记载得以更加明确。

附图说明

图1是本发明实施方式一～实施方式三的发动机启动装置的示意结构图。

图2是本发明实施方式一～实施方式三的螺旋花键连接机构部的示意图。

图3是对本发明背景技术的现有装置的电动机开始旋转时移动体突出的问题进行说明的详细图。

图4是本发明实施方式一及实施方式二的输出轴和移动体的螺旋花键的配置图。

图5是本发明实施方式一的输出轴的缺口部与移动体的动力传递侧齿面的啮合剖视图。

图6是本发明实施方式一的输出轴的缺口部、动力传递侧齿面的导程角的详细图。

图7是本发明实施方式一的输出轴的缺口部、动力传递侧齿面的齿轮详细图。

图8是本发明实施方式二的移动体的缺口部、动力传递侧齿面的导程角的详细图。

图9是本发明实施方式二的输出轴的缺口部、动力传递侧齿面的齿轮详细图。

图10是本发明实施方式三的移动体的缺口部、动力传递侧齿面、与动力传递侧齿面平行的齿面的导程角的详细图。

图11是本发明实施方式三的输出轴和移动体的螺旋花键的配置图。

图12是本发明的移动体突出距离的试算说明图表。

具体实施方式

以下，参照图1～图12对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中，相同符号表示相同或相当部分。

实施方式一

图1是本发明实施方式一的发动机启动装置的示意结构图。

在图1中，发动机启动装置1包括：电动机2，该电动机2在受到供电时产生转矩；移动体3，该移动体3与传递来自电动机2的转矩的输出轴5螺旋花键结合，并通过与齿圈36啮合而将电动机2的转矩传递至发动机侧；以及限位件7，该限位件7限制移动体3朝齿圈36方向的突出。

电动机2由作为旋转体的转子(armature)9、在内周侧具有永磁体10的轭部11及电刷12构成。转子9由铁心9a、电枢线圈9b、电动机轴9c及整流器9d构成，通过电流朝电枢线圈9b流动，因该电流、铁心9a的磁通、永磁体10而产生旋转力。此外，电动机2是利用整流器9d和电刷12保持旋转方向的众所周知的直流电动机。

电动机轴9c以能自由旋转的方式支承于轴承15和输出轴5，该轴承15被压入至与轭部11嵌合的盖13，并且，通过设于电动机轴9C的齿轮(未图示)、行星齿轮16、内齿齿轮的内齿轮4的啮合来构成减速机构。

电磁开关35由移动体压出机构和电动机通电电路构成。

移动体压出机构通过朝收纳于移动体动作用绕线管30的移动体动作用螺线管29通电而对移动体动作用柱塞32进行磁化。磁化后的移动体动作用柱塞32通过一边使柱塞弹簧39挠曲，一边被朝移动体动作用铁心开关28方向吸引，使得安装于移动体动作用柱塞32的钩部34通过推出机构33将移动体3朝齿圈36一侧压出。

电动机通电电路通过朝收纳于电动机动作用绕线管25的电动机动作用螺线管26通电而对电动机动作用柱塞27进行磁化。磁化后的电动机动作用柱塞27被朝电动机动作用铁心开关24方向吸引，以按压安装有可动触点22的杆21，通过使由电池始终通电的固定B触点18、朝电动机侧连接的固定M触点17及可动触点22接触，使来自电池的电流流动至电动机2，以使电动机2旋转。在杆21与可动触点22之间插入有点弹簧(point spring)23，该点弹簧23朝固定B触点18和固定M触点17(以下简称为固定触点)的方向对可动触点22进行施力，并以可动触点22不脱离固定触点17、18的方式确保按压力。当切断电动机通电用螺线管26的电流时，利用回复弹簧20压回杆21，可动触点22被拉离固定触点17、18，因此，电动机2的旋转停止。

通过将该移动体压出机构和电动机通电电路收纳于壳体31内，并用壳体31对安装有固定触点的帽开关(cap switch)19进行铆接，从而保护触点部以免受到外部粉尘等的影响。上述电动机2和电磁开关35与发动机侧的嵌合、安装部位和作为发动机启动装置的接地电路的前支架6嵌合。另外，被压入至前支架6的轴承8将输出轴5支承成能自由旋转。

接着，参照图2～图7对实施方式一的发动机启动装置的螺旋花键连接机构部进行说明。

如图2、图4(a)所示，在将输出轴5和移动体3连接的螺旋花键结合部，在输出轴5的螺旋花键37的传递转矩一侧的动力传递侧齿面37a的后端形成有缺口部37b。

动力传递侧齿面37a的导程角是当利用压出机构33使移动体3与齿圈36啮合以朝发动机传递电动机2的旋转力时、与移动体3的螺旋花键38啮合的面，但实施方式一中新设定的缺口部37b是当电磁开关35的电动机动作用螺线管线圈26比移动体动作用螺线管线圈29更早地通电、并在移动体3突出前电动机2进行动作时，移动体3的螺旋花键38与输出轴5的螺旋花键37的一部分接触的面。(参照图5)

如图6所示，相对于轴向，输出轴5的缺口部37b的导程角(lead angle)θb的角度被设定成比动力传递侧齿面37a的导程角θa的角度更小(θa＞θb)，并对输出轴的缺口部37b进行设计，以便即使在电磁开关35的电动机动作用螺线管线圈26比移动体动作用螺线管线圈29更早地通电的情况下，移动体3因电动机2的旋转力和移动体3的惯性而突出，也不会与齿圈36碰撞。

即，通过将输出轴5的缺口部37b设定成相对于轴向平行，轴向上的力不起作用，因此，如上述图3那样，不会仅仅因电动机2的旋转力而使移动体3突出。

电动机旋转开始时的移动体3的突出距离可通过以下方式进行试算。

将移动体3的质量设为m，将惯性设为I，将电动机2的角速度设为ω，将角加速度设为β，将螺旋花键的节距圆半径设为r，并将时间设为t。

图12(a)中示出了表示发动机启动装置1的时间经过与电动机转速的关系的图表。角加速度β能根据图12(a)的图表由以下的关系式(1)求出。

β＝(ω2－ω1)/(t2－t1)·····(1)

当将移动体3的轴向的突出力设为F1，将相对于突出力F1的摩擦力设为Fμ，并将缺口部37b的导程角设为θb时，突出力F1为以下关系式(2)。

F1＝I·β/r·tan(90°－θb)－Fμ·····(2)

另外，当将对柱塞弹簧39通过压出机构33使移动体3突出进行抑制的力设为F2，将从时间t1至t2为止移动体3朝轴向突出的距离设为Δ时，距离Δ为以下关系式(3)。

Δ＝(F1－F2)/m·t²·····(3)

能通过从电动机旋转开始t0至tn为止的总和来求出突出距离，因此，能利用以下关系式(4)求出移动体3的突出距离，移动体3的突出距离为图12(b)这样的图表。

(数学式1)

能如上所述确定输出轴5的缺口部37b的导程角θb，并能在电动机旋转开始时不使移动体3突出。

在现有的较多发动机启动装置中，静止时移动体3的螺旋花键38的轴长都被设定成与输出轴5的螺旋花键37重叠(啮合)。与这种现有的输出轴5和移动体3的螺旋花键相对，在本发明实施方式一中，如图4所示，以在发动机启动装置1静止时，移动体3的螺旋花键38的一部分与输出轴5的螺旋花键37重叠的方式进行设计。

另外，与移动体3的螺旋花键38重叠的输出轴5的螺旋花键37的位置是输出轴5的缺口部37b。其原因是，输出轴5的缺口部37b的轴长越长，则随着靠近输出轴5的螺旋花键37的端部，齿厚就越小，因此，强度降低。因此，通过减小输出轴5的缺口部37b和移动体3的螺旋花键38的重叠长度，能减小输出轴的缺口部37b的轴长。另外，将重叠的轴长设为在考虑了相关尺寸的公差、组装的抖动之后必定重叠的长度。顺便说一下，施加于输出轴5的缺口部37b的转矩是由移动体3的惯性和电动机2的旋转而引起的非常小的转矩，在与齿圈36啮合而将电动机2的旋转力传递至发动机时所施加的非常高的转矩则由与现有的形状相比未变化的输出轴5的动力传递侧齿面37a承受，因此，输出轴5的缺口部37b的强度降低并不是特别大的问题。

如图7所示，在移动体3的螺旋花键38的转矩传递侧的面为渐开曲线的情况下，通过将由输出轴5的缺口部37b构成的转矩传递侧的面设为渐开曲线，能与移动体3的螺旋花键38面接触，因此，能减小施加有转矩时的面压。

另外，当输出轴5的缺口部37b设为与螺旋花键的正面齿轮齿顶中心基准平行的面时，缺口部37b与输出轴5的动力传递齿面37a的渐开曲线交叉，因此，输出轴5的缺口部37b的轴长从齿底朝向齿顶变短，必须与变短的齿顶侧配合地设定输出轴5的缺口部37b的轴长和移动体3的螺旋花键38的重叠位置，但通过将输出轴5的缺口部37b设为渐开曲线，输出轴的缺口部37b的轴长能在齿底和齿顶采用相同的尺寸，并能将输出轴5的缺口部37b的轴长设定得较小。另外，即便输出轴5的缺口部37b不是渐开曲线，通过相对于输出轴5的螺旋花键37的正面齿轮齿顶中心基准，以正面压力角的角度设定缺口部，也能获得同样的效果。

实施方式二

在实施方式一中，在输出轴5上设定缺口部37b，但在实施方式二中，如图4(b)所示，在移动体3的螺旋花键38上设定缺口部38b，如图8所示，相对于电动机轴向，将移动体3的缺口部38b的导程角θb的角度设定得比移动体的动力传递侧齿面38a的导程角θa的角度小(θa＞θb)。

另外，以发动机启动装置1处于静止时，输出轴5的螺旋花键37的一部分(后端部)与移动体3的缺口部38b重叠的方式进行设计，从而能获得与实施方式一相同的效果。

另外，如图9所示，在输出轴5的螺旋花键37的转矩传递侧的面为渐开曲线的情况下，通过将由移动体3的缺口部38b构成的转矩传递侧的面设为渐开曲线，能与输出轴5的螺旋花键37面接触，因此，能减小施加有转矩时的面压，移动体3的缺口部38b的面的轴长能在齿底和齿顶处采用相同的尺寸，因此，能将移动体3的缺口部38b的轴长设定得较小。

另外，即便移动体3的缺口部38b不是渐开曲线，通过相对于移动体3的螺旋花键38的正面齿轮齿底中心基准，以正面压力角的角度设定缺口部，也能获得同样的效果。

另外，如图4(c)所示，也可在输出轴5、移动体3的螺旋花键37、38两方上设定缺口部。

实施方式三

在实施方式一的说明中，记载了缺口部的轴长越长则螺旋花键的齿厚就越小而导致强度降低，在需要较大缺口部的规格中，顶角较尖而可能产生缺口。因此，在该实施方式三中，如图10、图11所示，移动体3的缺口部38b并未形成至螺旋花键38的前端部，而是限定在与输出轴的螺旋花键37的后端的动力传递侧齿面啮合必需的轴向尺寸内，端部设为将和动力传递侧齿面38a平行的齿面38c与缺口部38b连接的形状。

即，如图11(a)所示，当移动体的缺口部38b变长时，如38d那样顶端变尖。该问题的解决方案是实施方式三，如图11(b)所示，将移动体的缺口部38b的位置设为即便考虑了公差、也与输出轴的螺旋花键37的后端在轴向上重叠的位置。此外，比该位置更靠发动机侧的部分设定为与动力传递侧齿面38a平行的齿面38c的导程角。这样，可避免缺口部38b的前端变尖的形状。

另外，移动体的动力传递侧齿面的形状也可设定于输出轴。

工业上的可利用性

本发明适于作为将电动机的旋转力例如从小齿轮这样的移动体传递至发动机的齿圈以启动发动机的发动机启动装置。

符号说明

1 发动机启动装置

2 电动机

3 移动体

5 输出轴

7 限位件

24 电动机动作用铁心开关

26 电动机动作用螺线管线圈

27 电动机动作用柱塞

28 移动体突出用铁心开关

29 移动体动作用螺线管线圈

32 移动体动作用柱塞

33 压出机构

34 钩部

35 电磁开关

36 齿圈

37 输出轴的螺旋花键

37a 输出轴的动力传递侧齿面

37b 输出轴的缺口部

38 移动体的螺旋花键

38a 移动体的动力传递侧齿面

38b 移动体的缺口部

38c 与移动体的动力传递侧齿面平行的齿面

39 柱塞弹簧

Claims (5)

1.一种发动机启动装置，包括：

电动机，该电动机在受到供电时产生转矩；

输出轴，该输出轴形成有传递所述电动机的转矩的螺旋花键；

移动体，该移动体具有与所述输出轴卡合的螺旋花键，并将所述电动机的转矩传递至发动机侧；以及

电磁开关，该电磁开关具有使以下两个功能分别独立地进行动作的机构，一个功能是通过朝电动机动作用螺线管线圈通电来对电动机动作用柱塞进行磁化、并利用该电动机动作用柱塞的移动对朝所述电动机的电力供给的接通断开进行切换的功能，另一个功能是通过朝移动体动作用螺线管线圈通电来对移动体动作用柱塞进行磁化、并利用该移动体动作用柱塞的移动通过压出机构将移动体朝齿圈侧压出的功能，

所述发动机启动装置的特征在于，

在所述输出轴和所述移动体中的至少任一方的螺旋花键的动力传递侧齿面上形成有缺口部，并且，以在发动机启动装置处于静止时，所述缺口部与所述移动体(或所述输出轴)的螺旋花键的一部分啮合的方式配置了所述输出轴和所述移动体的螺旋花键。

2.如权利要求1所述的发动机启动装置，其特征在于，

所述缺口部相对于电动机轴向的角度比所述螺旋花键部的导程角小。

3.如权利要求2所述的发动机启动装置，其特征在于，

所述缺口部在电动机轴向上与输出轴的螺旋花键后端或移动体的螺旋花键前端重叠。

4.如权利要求3所述的发动机启动装置，其特征在于，

所述缺口部的面与动力传递部齿面平行或者是渐开曲面。

5.如权利要求4所述的发动机启动装置，其特征在于，

所述缺口部的面的角度相对于螺旋花键的正面齿轮中心处于螺旋花键的正面压力角以上。