CN1143158A - 同轴的发动机启动器系统 - Google Patents

Abstract

同轴的发动机启动器，它包括与输出轴联接的小齿轮，电机通过螺旋花键驱动输出轴；用于有选择地关断引向电机的电源线路的开关单元；及由环形衔铁和环形激励绕组组成的线圈装置，该线圈装置围绕在输出轴上，以便轴向地驱动小齿轮及开关单元的可动接头，该激励绕组配置在电机和小齿轮之间，换向器面向激励绕组；而一个电刷的引线被直接联接到可动接头上。同时，开关单元的各接头位于换向器的一对相邻电刷之间。通过把驱动可动接头的衔铁件与驱动小齿轮的衔铁件分开，可动接头的行程就能缩短，而接头运动时作用在引线的接头部分的应力可被减小。

Description

同轴的发动机启动器系统

本发明涉及一种发动机启动器系统，而且特别是涉及一种具有全是同轴布置的输出轴、电机和线圈装置的发动机启动器系统。

在传统的发动机启动器中，通常把输出轴，其上装有与齿圈啮合的轴向滑动的小齿轮，与线圈用于轴向地驱动小齿轮的线圈装置呈互相平行布置。然而，由于这种双轴的发动机启动器具有从电机径向地外伸的线圈装置，因此不可避免地具有相当大的径向尺寸，这就为保证具有足够空间安装发动机启动器造成严重困难。

为解决这种问题，在日本专利申请公开号1-208564和63-90666中提出了提供具有绕装在输出轴上的环形线圈装置的同轴启动器。

然而，在这样一种同轴形式的发动机启动器中，用于轴向地驱动小齿轮的线圈装置也兼作用于驱动电磁开关单元的装置，该电磁开关单元可有选择地关断和开通引向电机的电源线路。因此，电机和线圈装置彼此成平行布置，而电磁开关单元和电机换向器的接线端安排在轴向的同一侧，其目的是缩短它们之间的联接导线长度。

根据日本专利申请公开号1-208564中公开的同轴的发动机启动器，由于只是简单地把传统的双轴的发动机启动器的电机和线圈装置串接起来，发动机启动器的轴向尺寸相当大，并且由于电机的电源端和电磁开关单元的接线端之间的轴向距离长，就需要外导线。根据日本专利申请公开号63-90666中公开的同轴的发动机启动器，因为电磁开关单元和换向器的布置是彼此相邻的，即使完全不需要外导线，也因为线圈装置布置在远离小齿轮的轴向一侧，使得把衔铁的位移传递给小齿轮的传动件变得很大，而且这需要高度复杂的设计安排。

同样，在如上述日本专利申请公布中公开的那些传统的发动机启动器中，通常把电池的接线端及电刷引线的接线端联接在一对固定接头上，并且用可动接头有选择地关断和接通固定接头之间的联接，该可动接头与驱动小齿轮的线圈装置的衔铁相联接。

然而，根据这样一种传统的开关机构，因为需要一对分别与电池和(电刷)引线相联接的固定接头，这就不仅需要相对大量的元部件，同时因为需要空间，要缩小径向和轴向尺寸是非常困难的。

从解决先有技术的这一问题着眼，本发明的目的是提供一种紧凑的同轴的发动机启动器，在其中，电机的转子轴、小齿轮的骨动轴、驱动小齿轮的线圈装置及开关都布置成同轴。

本发明的第二目的是提供一种同轴的发动机启动器，它可减少与开关有关的元部件的数量，并可减小轴向和径向尺寸。

本发明的第三目的是提供一种同轴的发动机启动器，它可去除任何外导线，并可减小启动器的轴向尺寸而不使它的结构复杂化。

本发明的第四目的是提供一种造价低廉而又耐用的同轴的发动机启动器。

根据本发明，可通过提供一种发动机启动器来达到以上这些目的和其它目的，该发动机启动器包括：装在罩上的电机；与电机同轴地装在罩中用于传输电机动力的输出轴；用于驱动发动机齿圈的小齿轮，它通过花键装置与输出轴同轴地联结；联结在罩上的开关单元，它包括固定接头和用于有选择地开关引向电机的电源线路的可动接头；由环形衔铁和环形激励绕组组成的线圈装置，该线圈装置绕装在输出轴上以便在轴向方向上轴向地驱动小齿轮和开关装置的可动接头，其中，激励绕组布置在电机和小齿轮之间，而电机换向器的位置和激励绕组相邻。

按照这种结构，因换向器和开关的接头彼此位于相邻位置，可简化电刷和开关之间的导线。

特别是换向器的一个电刷的引线可以直接和可动接头联接。因为通过利用单个固定接头和单个的可动接头，电池和一个电刷的引线的接线端就能够可选择地彼此互相联接，与开关有关的元部件的件数就可减少。特别是，通过使驱动可动接头的衔铁件与驱动小齿轮的衔铁件相分离，就可减小可动接头的行程，而且能减小接头移动时作用在引线联接部分上的应力。

例如，衔铁可由与可动接头联接的第一部分和与小齿轮联接的第二部分组成，第一部分和第二部分是同轴地彼此套叠的，以便彼此能轴向地相对移动，尤其是，为使衔铁在可动接头与固定接头进入接触后仍能运动，如果把空动装置插装在衔铁与开关单元的可动接头之间的力传递路径上，这就可能减小开关工作所需的机构的轴向长度，而且这有助于减小发动机启动器的总轴向长度。

根据本发明的优选实施例，开关单元的各接头位于换向器的一对相邻电刷之间，以使轴向尺寸能更进一步缩减。

现参考各附图对本发明描述如下，其中：

图1是按照本发明的同轴的发动机启动器的第一实施例的剖视图，图的上半部表示启动器的非工作状况，而下半部表示发动机启动器的工作状况；而

图2是沿图1的II-II线取的剖视图。

图1图示出根据本发明构成的装有齿轮减速器的发动机启动器，图的上半部表示的是启动器的非工作状况，而图的下半部表示的是启动器的工作状况。这个启动器1产生启动内燃机所需的扭矩F，并包括：装有行星齿轮减速器2的电机3，通过齿轮减速器2与电机3相联接的输出轴4，单向滚子离合器5和滑动地装在输出轴4上的小齿轮6，用于可选择地接通和关断引向电机3的电源线路的开关单元7，和用于轴向地移动开关单元7的可动接头8及小齿轮6的线圈装置9。

电机3由公知的换向式直流电机构成，而它的转子轴10的右端可转动地支承在底板下盖11的中心凹座内，并可转动地支承在制备于输出轴4右端面上的中心凹座内，输出轴4和转子轴10在轴10的左端同轴。底板11盖住了圆筒形电机罩44的右端。

齿轮减速器2配置在电机3的顶板(上盖)12的内表面构成的凹腔内，该顶板12盖住了电机罩44的左端。齿轮减速器2包括：中心齿轮13，它在与输出轴4相邻的转子轴10的一个部位上形成；一组与中心齿轮13啮合的行星齿轮14；内齿齿圈15，该齿圈15沿着由顶板12的内表面构成的凹腔的外圆周形成，以便和行星齿轮14啮合。支承行星齿轮14的支承板16以压配合联结在输出轴4的右端，而输出轴4可转动地支承在顶板12的中心孔内。

小齿轮护罩17与顶板12联接，护罩17也兼作把启动器安装在发动机上的固定支架。输出轴4的左端可转动地支承在小齿轮护罩17的左端壁的内表面上形成的中心凹座内。

输出轴4的中段的外圆周表面，通过螺旋花键19与单向滚子离合器5的离合器外件18的内圆周表面啮合。离合器外件18通常被插装在环形(内)台肩与挡板20之间的复位弹簧21压向右边，环形台肩制作在从离合器外件18向电机3延伸的圆形套筒18a内，而挡板20固定在输出轴4的左端部分。圆形套筒18a的最右端与制作在输出轴上的螺旋花键19相啮合。复位弹簧21容纳在从离合器外件18延伸的套筒18a的内圆周表面与输出轴4的外圆周表面之间形成的环形间隙之中。由于这样处理，复位弹簧21就被安置在单向滚子离合器5的内部，组件的轴向尺寸就可以减小。

离合器外件18与单向滚子离合器5的离合器内件22在轴向固定连接，但可以自由地相对旋转，这取决于相对转动的方向。离合器内件22左端的外圆周表面和前述的小齿轮6制成一体，小齿轮6与发动机的齿圈23啮合并驱动它。与小齿轮6制成一体的离合器内件22装在输出轴4的左端，可旋转并可轴向移动。

在小齿轮护罩17的中部紧固着围绕输出轴4的激励绕组24，输出轴4是用诸如不锈钢这样的非磁性材料制造的。激励绕组24被轭铁包围着，该轭铁又由杯形支托25及圆盘26所构成，杯形支托25具有围绕输出轴4的内法兰25a。在激励绕组24的内圆周表面和输出轴4的外圆周表面之间围成的间隙中，配置有衔铁外件27和衔铁内件28，两者都由铁磁体制成，并同轴地互相套叠和可沿轴向相互滑动。衔铁件27和28的左端轴向地对着支托25的内法兰25a的中部的内表面，而内法兰25a的中部就当作衔铁件27和28的磁极。这样通过使非磁性材料制成的输出轴4包容在线圈装置9中，磁路就聚集在衔铁中，能有效地消除衔铁与输出轴之间的气隙，使得线圈装置9的径向尺寸减小。

衔铁的第一部分或衔铁外件27的右端与联接板29相联接，而且经过联接杆30(它穿过电机3的顶板12)与开关单元7的可动接头8相联接，开关单元7与电机3的换向器31相邻。可动接头8以轴向可移动的方式安装在联接杆30上，并以圈弹簧32浮动地支承着，以便可选择地与开关单元7的固定接头34结合或脱开，固定接头34固定地安装在电刷座33上，电刷座33环绕换向器31来配置。换句话说，可动接头8通过空动机构与衔铁外件27连接。由于复位弹簧35的作用，衔铁外件27常常被压向右方，复位弹簧35插入在衔铁外件27和内法兰25a之间，内法兰25a制作在激励绕组24的支托25中，但件27通常是处于把可动和固定接头彼此分隔开的空档或静止位置。

衔铁的第二部分或衔铁内件28常常被圈弹簧36压向顶板12的左方，圈弹簧36比离合器外件18的复位弹簧21弱些。衔铁内件28与非磁性材料制成的转换件37相联接，转换件37的左端与离合器内件22的右端相接触。

这样通过把衔铁分离成用于驱动可动接头8的衔铁内件27和用于驱动可独立移动的小齿轮6的衔铁外件28，在激励绕组24的前部和后部就不需要任何轴向空间，而线圈装置的轴向尺寸就可减小。

在小齿轮6与齿圈23完全啮合时，离合器外件18和转换件37的相对端部表面之间构成间隙，可防止件18和件37彼此接触。这一间隙最好不大于小齿轮6和齿圈23之间的啮合宽度的二分之一。

激励绕组24通过配置在开关单元7上的接线端子38(见图2)在电路上与点火开关(图中未表示)相联接。

开关单元7的固定接头34在电路上与电池(图中未表示)的正极端相联接，而与一对正极电刷39联着的一对引线40借助点焊也与固定接头34相联接，如图2所示。一对负极电刷41配置在和正极电刷39对称的对面位置上。这些负极电刷41的引线42被联接到后面要描述的中心板43上，中心板43通过小齿轮护罩17和车身(图中未表示)与电池的负极端联接。开关单元7配置在正极电刷39之间的空间内。通过这样做，引向电池的接线端和正极电刷39的引线40就可有选择地与单个可动接头8和单个固定接头34相联接，因此可减少开关单元7的元部件数量，并且能减小径向和轴向尺寸。电刷39和41以公知的方式用电刷座33来支承，电刷座33是用电绝缘材料制作的。

环形的金属中心板43插装在电刷座33和顶板12之间，以把齿轮减速器2和电机3隔开。中心板43的中心部分制有换向器31凸伸的圆筒部分43a，以它的内圆周表面包容转子轴10的外圆周表面，在两者之间形成小的间隙。圆筒部分43a的自由端包容在形成于换向器31的轴端表面的凹座31a之中，以防止齿轮减速器2的润滑脂泄漏到换向器31。

开关单元7位于启动器1的顶部，各接头或者是紧固在电刷座33的固定接头34和可动接头8，都被电刷座33和开关盖45所罩住，以防止电刷可能产生的任何异物进入开关单元7。

现在描述上述实施例的操作如下。在非工作状况下，因不向激励绕组24供应电流，衔铁外件27在复位弹簧35的弹力作用下处于它的极右位置，与衔铁外件27联接的可动接头8处于离开固定接头34的位置。与此同时，被复位弹簧21推压的离合器外件18与离合器内件22(件22与小齿轮6制成一体)、转换件37及衔铁内件28一起处于各件自己的极右位置，其结果是小齿轮6与齿圈23脱开啮合。

当点火开关转到发动机启动位置时，向激励绕组24供电，以使绕组24激磁。结果，在衔铁内和外件27及28内建立起用来感应产生磁力线的磁路，因而向左推动衔铁内及外件27和28。因衔铁外件27比衔铁内件28离支托25的内法兰25a的中心部分(极)更近，件27在衔铁内件28移动前就移动了。结果可动接头8在衔铁外件27的作用下，通过联接板29和联接杆30移向左方，并与固定接头34进入接触。如此依次导致将电池的电力供给电机3，使转子轴10转动。由于在衔铁外件27移过它的全行程之前，可动接头8就与固定接头34进入了接触，且可动接头8是轴向浮动地装在联接杆30上，圈弹簧32的压力就施加在两个接头8和34之间。此时，衔铁外件27有一个停顿，在衔铁外件27的左端部表面和内法兰25a的中心部分之间形成一定间隙，这是由于存在一个档块，充作外法兰27a的挡块和衔铁外件27的右端制成一体，外法兰27a与圆盘26接触。

当转子轴10转动时，这个转动由齿轮减速器2进行减速，并传至输出轴4。离合器外件18通过螺旋花键19与输出轴4结合，由于离合器外件18的惯性缘故，由螺旋花键19产生的轴向力作用在离合器外件18上，导致件18向左移动。与此同时，受到激励绕组24的左向引力和圈弹簧36的压力的衔铁内件28开始移向左边，这一作用力作为轴向力，通过转换件37施加到离合器外件18上。在这种情况下，从减小激励绕组24的输出要求的观点来看，最好在衔铁内件28或转换件37与离合器外18进入接触之前使电机开始转动。然而这是本发明的权限之内的事，是为了更适当地及自由地另外选择电机3开始转动的时间，以及根据激励绕组24的有效输出来选择与转换件37和离合器外件18之间的轴向结合有关的螺旋花键19的随后动作。

这一轴向力逆着复位弹簧21的复位力把离合器外件18向左推，而与离合器内件22制成一体并因此整体地和离合器外件18啮合的小齿轮6也被推向左方。一旦离合器外件18和挡板20接触，且小齿轮6与齿圈23进行接触，输出轴4的转动就被传至齿圈23，发动机就被启动。此时，衔铁内件28的左端部表面和支托25的内法兰25a的中心部分接触，在转换件37的左端部表面和离合器外件18之间形成一微小间隙，而件37是和衔铁内件28一齐移动的。当衔铁内件28和支托25的内法兰25a的中心部分接触时，因为件28受到激励绕组24的最大引力，即使在小齿轮6受到使它和齿圈23脱开啮合的作用力时，转换件37防止了离合器外件18向右运动，而且防止了小齿轮6从齿圈23上移开。

在衔铁内和外件27和28移过了全行程之后，使它们保持静止所需的电流实际上小于使衔铁内和外件27和28开始移动所需的电流。换句话说，为了使含有小齿轮6的单向滚子离合器5开始运动而利用螺旋花键19产生的轴向力，激励绕组24的输出需求量就可减少，而激励绕组24的尺寸就能相应地减小。

离合器外件18和转换件37的相对端部的表面之间构成了间隙，而这一间隙缩短了离合器外件18和转换件37之间的接触时间，因此便减小了它们之间的摩擦，从而减小了相关零件的磨损。因为这一间隙小于小齿轮6和齿圈23之间的啮合宽度，例如，不大于啮合宽度的二分之一，就能避免它们之间任何过早的脱开啮合。

一旦发动机启动后而其转速超过小齿轮6的转速，小齿轮6将借助于单向滚子离合器以和传统发动机启动器中的同样方式开始空转。

当供给激励绕组24的电流中断时，由于施加在离合器外件18上的复位弹簧21的压力及施加在衔铁外件27上的复位弹簧35的压力的作用，小齿轮6从齿圈23上脱开啮合，而可动接头8与固定接头34分离，从而使电机3停转。

根据本发明，激励绕组配置在电机和小齿轮之间。而电机的换向器位于和激励绕组相邻之处。因此，可以将其中一个电刷的引线直接与可动接头相联。

传统上，因为分别地联接电池和引线需要一对固定接头，与开关有关的元部件数量不能减少，而且因为这些元部件需要空间，减小径向和轴向尺寸是非常困难的。然而根据本发明的优选实施例，因为电池和电刷引线的联接端可通过使用单个固定接头和单个可动接头而有选择地互相联接，与开关有关的元部件的数量可以减少，而径向和轴向尺寸可以缩小。特别是，通过利用驱动可动接头的衔铁的分离件，引线的移动行程被缩短，并因此能减小作用在引线的联接部分上的应力，结果是即使将它连在可动接头上也能保证引线的寿命。

开关单元的接头也可以安置在换向器一对相邻的电刷之间。

在现有技术中，因为电机换向器的接线端与电磁开关的接线端在轴向上彼此互相远离，需要用外导线把它们相互联接起来。因为线圈装置也远离小齿轮，需要用一伸长的传动件来把衔铁的位移传递给小齿轮。然而，如上所述，根据本发明的优选实施例，因为电机换向器的接线端和电磁开关的接线端彼此相邻布置，就可以简化电刷和开关之间的导线。因为线圈装置也布置在与小齿轮相邻的位置，它们之间的传动件也不需要太长。再者，通过在一对相邻的电刷之间安置接头，甚至还可进一步减小轴向尺寸。因此，本发明可在简化发动机启动器的所有结构及减小它的轴向尺寸上作出显著贡献。

虽然此处以特定的实施例来描述本发明，但仍有可能在不背离本发明的精神的条件下修改和改变其细节。

Claims (6)

1.一种发动机启动器，它包括：

安装在罩内的电机；

安置在所说的罩内与所说的电机同轴的输出轴，所说的电机向所说的输出轴传递动力；

用于驱动发动机的齿圈的小齿轮，小齿轮通过花键装置同轴地和所说的输出轴联接；

安装在所说的罩上的开关单元，它包括用于有选择地关断引向所说的电机的电源线路的固定接头和可动接头；及

由环形衔铁及环形激励绕组组成的线圈装置，环形线圈装置围绕着所说的输出轴以便在轴向方向上驱动所说的小齿轮以及所说的开关单元的可动接头；

其中所说激励绕组配置在所说的电机和所说的小齿轮之间，而所说的电机的换向器位于和所说的激励绕组相邻的位置。

2.根据权利要求1的发动机启动器，其中所说的换向器的一个电刷的引线被直接地联接到所说的可动接头上。

3.根据权利要求1的发动机启动器，其中所说的开关单元的所说的接头位于所说的换向器的一对相邻的电刷之间。

4.根据权利要求1的发动机启动器，它进一步包括插置在所说的衔铁和所说的开关单元的所说的可动接头之间的力传递路径中的空动装置，以便在所说的可动接头与所说的固定接头进入接触之后，允许所说的衔铁移动。

5.根据权利要求2的发动机启动器，其中所说的衔铁由与所说的可动接头联接的第一部分和与所说的小齿轮联接的第二部分所组成，所说的第一和第二部分在轴向上相互套叠，以便在轴向上彼此相对移动。

6.根据权利要求5的发动机启动器，其中所说的花键装置由螺旋花键构成。

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