CN1497169A - 用于内燃机的起动机的小齿轮推动装置的支撑结构 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于汽车内燃机的起动机，其包括带有小齿轮的起动机输出轴，此输出轴可与内燃机的环形齿轮和花键管形成接合。起动机输出轴设于与之花键式接合的花键管内。花键管由外壳通过至少两个轴承牢固地支撑从而避免了从外壳中突出的起动输出轴的安装有小齿轮的部分围绕外侧那个轴承产生进动或扭转。

Description

用于内燃机的起动机的小齿轮推动装置的支撑结构
技术领域
本发明大体上涉及一种用于起动机动车辆的内燃机的起动机，更具体地涉及一种用于这种起动机的小齿轮推动装置的改进的支撑结构。
背景技术
近年来，汽车起动机的安装受到了各种物理性限制。例如，起动机需要耐受恶劣的环境如潮湿、肮脏和多尘的条件，并需要安装在非常小的空间内。
日本专利二次公开No.6-10954提出了一种小齿轮悬臂结构(或悬伸结构)，其中在起动机停机时带有小齿轮的电动机驱动的轴退回到起动机外壳内，以防止电动机驱动的轴被溅到水。电动机驱动的轴设置成平行于电动机的输出轴，因此需要增强电动机支撑的刚性，这导致了起动机的重量和尺寸的增加。为了减轻这一问题，德国专利DE 10016706A1公开了一种起动机，其包括用于降低电动机输出轴的速度的带有内齿轮的行星减速齿轮，并使安装在电动机驱动的轴上的小齿轮悬伸出以减小尺寸和防止起动机免受泥浆等的污染，然而它仍存在严重的问题。具体地说，如此专利中的图3所示，电动机驱动的轴72只由轴承80支撑。当电动机驱动的轴72向图中的左方运动以起动发动机时，安装在电动机驱动的轴72的一端上的小齿轮180悬伸到轴承80之外，这使得轴承80在起动机的使用期间产生倾斜。具体地说，轴承176和160用于支撑驱动轴58。轴承176安装在驱动轴58上。轴承160安装在起动机主体的内壁上。轴承176具有处于其自身和电动机驱动的轴72之间的一定间隙，以允许电动机驱动的轴72旋转并沿其轴向运动。具体地说，只有轴承176和160牢固地安装在起动机的主体上，以支撑驱动轴58和电动机驱动的轴72。因此，如果在发动机起动时有负载作用在小齿轮180上，那么它将使驱动轴58和电动机驱动的轴72绕轴承176和160产生进动或扭转，这会引起不希望发生的机械振动和磨损。
发明内容
因此，本发明的一个目的是避免现有技术中的这些缺点。
本发明的另一目的是提供一种起动机，其设计成可牢固地支撑带有小齿轮的电动机驱动的轴，和/或可在恶劣的环境如潮湿、肮脏和多尘的条件下使用。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于内燃机的起动机，其包括：(a)外壳；(b)设置在外壳内的花键管，此花键管具有形成于其内周上的花键；(c)至少两个用于支撑花键管的外周的轴承；(d)起动机输出轴，其具有可与花键管的花键滑动式接合的花键，此起动机输出轴具有小齿轮，其设置在起动机输出轴的从一个轴承处悬伸出的一个端部上，并可用于与发动机的环形齿轮啮合以输出由电动机所产生的扭矩，从而起动发动机；(e)至少一个形成于花键管内的细长孔；(f)接合件，其通过花键管的细长孔与起动机输出轴相接合；和(g)小齿轮运动机构，其可响应于起动机的促动而推动接合件，从而使小齿轮朝向环形齿轮运动，并使接合件沿细长孔运动。
具体地说，用于驱动或旋转起动机输出轴的花键管由牢固地安装在外壳上的至少两个轴承支撑。带有小齿轮的起动机输出轴固定在花键管内，从而避免了起动机输出轴围绕外侧那个轴承产生进动或扭转，这种情况在传统结构中当小齿轮与环形齿轮啮合以起动发动机时就会发生。这样就可以提高起动机的使用寿命。通过经花键管的细长孔与起动机输出轴相接合的接合件，就可通过小齿轮运动机构来移动或推动起动机输出轴，从而可使起动机输出轴与花键管设置成同轴，这可允许减小起动机的尺寸。
在本发明的优选模式中，花键管与电动机相连，因此由电动机产生的扭矩通过花键管的花键传递到起动机输出轴和小齿轮上，从而提高电动机到小齿轮的输出的传动可靠性。起动机还包括推动机构，其用于通过小齿轮运动机构来将电动机扭矩转换成压力，此压力用于推动设置在花键管内的起动机输出轴。
推动机构还可设计成通过花键管直接地推动从起动机输出轴中延伸出来的接合件，以使设置在花键管内的起动机输出轴运动。
花键管和起动机输出轴的花键是螺旋型的。细长孔以与花键管的纵向中心线成一定角度的方式延伸，此角度等于花键的螺旋角，这样就消除了在起动机输出轴由花键的动作而旋转时接合件与细长孔的物理性干涉。
小齿轮运动机构可实现为电磁开关，其可被电激励以使起动机输出轴朝向环形齿轮运动，从而为小齿轮运动机构提供了简单的结构。
如果支撑花键管的轴承之间的跨距定义为B，并且在小齿轮远离外壳运动且与环形齿轮形成接合时离小齿轮较近的那个轴承和小齿轮之间的距离定义为A，那么关系A/B＜1成立。这提高了在靠近环形齿轮时起动机输出轴的悬伸端部的机械稳定性。
起动机输出轴具有大于距离B的长度，其与花键管相接合地受到支撑。换句话说，起动机输出轴伸出起动机外壳之外(即处于外侧轴承之外)的突出部分短于起动机输出轴的轴承跨距(即跨距B)，这样就导致了作用在起动机输出轴上的应力降低。
花键管具有第一端部，其与接近于小齿轮的第二端部相对。第一端部用作可将电动机的扭矩传递到花键管上的离合器的一部分。这允许通过离合器的宽度来增加花键管的长度，从而导致轴承跨距的增加。
起动机还包括设置在电动机输出轴和花键管之间的行星减速齿轮。使用行星减速齿轮可使起动机输出轴较精密。
电磁开关设置在电动机的远离起动机输出轴的一侧。电磁开关设计成可产生磁力，其可使接合件无法旋转，但允许通过由电动机扭矩所产生的起动机输出轴和花键管的花键的螺旋动作来将起动机输出轴推到环形齿轮上。使用这种类型的电磁开关可减小其尺寸，并可将电磁开关设置在电动机之后，从而减小起动机的尺寸。
电磁开关还可设计成可产生磁力，其可通过杠杆来使接合件运动，从而通过起动机输出轴将小齿轮朝向环形齿轮推动。这提高了起动机输出轴的运动的可靠性。
附图说明
从下述详细介绍和本发明的优选实施例的附图中可以更完整地理解本发明，然而，本发明并不限于这些具体的实施例，这些优选实施例只是用于说明和理解的目的。
在附图中：
图1是显示了根据本发明的用于内燃机的起动机的纵向剖视图；
图2是显示了图1所示起动机的起动机输出轴的局部剖视图；
图3是沿图2中线C-C的剖视图；
图4是花键管的纵向局部剖视图；
图5是纵向剖视图，其显示了在小齿轮在起动机外壳之外移动以用于与发动机的环形齿轮接合的如图1所示的起动机；
图6是纵向剖视图，其显示了在小齿轮在起动机外壳之外移动并与发动机的环形齿轮接合的如图1所示的起动机；和
图7是显示了根据本发明第二实施例的用于内燃机的起动机的纵向局部剖视图。
具体实施方式
参考附图，在所有图中相似的标号表示相似的部件，尤其参见图1，图中显示了根据本发明第一实施例的用于汽车内燃机的起动机。
起动机包括外壳1和安装在外壳1内的圆柱形花键管26。如图4中清晰地显示，在花键管26中安装了螺旋花键26a，其可与设置在电动机驱动的轴20上的螺旋花键20a滑动式接合，轴20可通过花键管26而被电动机带动旋转。电动机驱动的轴20在下文中也称为起动机输出轴。如图4中清晰地显示，在花键管26中形成了至少一个细长孔或狭缝26b，其以相对于花键管26的纵向中心线成一定角度的方式延伸，此角度基本上等于花键26a的键或脊的螺旋角。在此实施例中，在花键管26中形成了两个在直径上相对的狭缝26b。花键管26由两个轴承23a和23b可旋转地支撑。或者也可用超过两个轴承来支撑花键管26。花键管26具有台肩和环形狭缝26d，在环形狭缝26d中安装有垫圈，如图1所示。台肩和垫圈中的外侧的那个用于使花键管26无法在长度方向上在轴承23a和23b之间运动。
轴承23a安装在外壳1的内壁上。轴承23b安装在置于外壳1内的中心壳体2的内壁上。起动机输出轴20设于花键管26内并可与花键管26的内周相接合。起动机输出轴20在其外周处与花键管26的内周26c啮合，因而可以滑动。花键20a以外径相配的方式与花键26a啮合，从而将起动机输出轴20的中心定位在花键管26内。花键26a也可设置成以内径相配的方式与花键20a啮合。花键20a和26a也可以齿面相配的方式相互啮合。除花键20a和26a之外，还可设置用于使起动机输出轴20与花键管26同轴的定心件。具体地说，建议采用至少两个部件来使起动机输出轴20的中心处于花键管26内。
起动机输出轴20具有以适当的已知方式安装在其头部上的小齿轮25。小齿轮25也可整体地形成于起动机输出轴20的头部上。
如图3清楚地显示，起动机输出轴20在其中心部分处形成了两个孔20b，如图1和2所示，销21a通过狭缝26b而压配到孔20b中，因而它们可连同起动机输出轴20一起运动。销21a也可以干涉或间隙配合的方式设于孔20b中，并且可由方杆和圆杆制成。除销21a之外，也可通过孔20b插入一个销。在销21a上以适当的方式安装了推力轴承21。推力轴承21具有与花键管26的外周26e接合的内周21c，以便沿花键管26的长度引导推力轴承21的运动，并提高推力轴承21的刚性。
如图1所示，起动机还包括离合器27、行星减速齿轮30、转子10、转子轴11、固定触点81、可动触点82和通向安装在车辆上的电池(未示出)的正极端子的端子60。转子10和转子轴11构成了电动机。离合器27包括作为其一个部件的花键管26的端部，并可用于与花键管26选择性地建立机械接合。转子轴11通过行星减速齿轮30、离合器27和花键管26与起动机输出轴20相连，以便将电动机的扭矩传递到起动机输出轴20上。可动触点82接地(即车身)。固定触点81与端子60电连接。当固定触点81和可动触点82接通时，功率从电池供应到电动机中。起动机还包括电刷71、可动触点72和电磁开关50。电刷71由碳基材料制成并用作电阻器。电刷71与端子60电连接并用作固定触点，用于与可动触点72形成子接触。可动触点72与可动触点82相连。可动触点72和82在激励时通过电磁开关50而朝向固定触点71和82被吸引，并整体上用作促动电动机的开关。
电磁开关50包括柱塞52。柱塞52的运动通过连杆90传递到止动件91上(在图1中略去了连杆90和止动件91相连的详细结构)。在推力轴承21的外周上设有齿圈21b，其固定地连接在销21c上。止动件91由杆件制成并与齿圈21b的一个齿隙相接合，从而阻止起动机输出轴20旋转，同时允许起动机输出轴20在其纵向上运动。在花键管26和外壳1的内壁之间设有密封件24，用于避免灰尘等进入到轴承23a和起动机中。
在操作中，当车辆的钥匙开关(未示出)接通时，电磁开关50被促动以产生磁吸引，这又使柱塞52产生运动。柱塞52的运动将使连杆90产生运动，使得止动件91与齿圈21b相接合，从而阻止起动机输出轴20旋转。柱塞52的进一步运动将使子可动触点72靠在固定触点71上。这使得来自电池的电流流经作为电阻器的固定触点71。具体地说，来自电池的电流由固定触点71限制在例如200安，并被供应给电动机。这使得转子10缓慢地开始旋转，因此花键管26通过转子轴11、行星减速齿轮30和离合器27而以减慢的速度旋转。如上所述，止动件91限制了起动机输出轴20旋转，但螺旋花键20a和26a的螺旋运动通过销21a沿狭缝26b的引导而使起动机输出轴20向图中的左侧运动，直到小齿轮25靠在环形齿轮100的端面上为止。
在小齿轮25靠在环形齿轮100上时，起动机输出轴20无法进一步运动，然而止动件91具有较小的弹性，这使得起动机输出轴20开始沿花键管26旋转。在起动机输出轴20和花键管26旋转经过与小齿轮25的一个齿相对应的角度时，小齿轮25的齿运动到脱离与环形齿轮100端面的对接，消除了小齿轮25的齿与环形齿轮100的齿的机械干涉，这样就可使起动机输出轴20重新沿狭缝26b向左运动。
在起动机输出轴20向左运动到齿圈21b与止动件91脱离时，它使得小齿轮25与环形齿轮100完全地啮合，并允许起动机输出轴20旋转。在齿圈21b与止动件91脱离时，止动件91沿起动机的径向向内(即朝向图1中的下方)运动，并且朝向推力轴承21的一个侧面，如图6所示。在发生这一情况时，柱塞52在固定触点81和可动触点82之间实现电接触，因此来自电池的较大电流(如800安)就不经过电刷71(即电阻器)而从电池流向电动机(即转子10)，这使得电动机(即转子轴11)旋转以产生全功率，因而可通过小齿轮25和环形齿轮100来起动发动机。在发动机起动时作用在小齿轮25上的反作用力由止动件91通过推力轴承21来承受。其它操作与日本专利初次公开No.10-115274中所公开的起动机的操作相同(此专利对应于1999年8月31日授权的美国专利No.5945742，其已转让给本申请的受让人，其内容通过引用结合于本文中)。
从上述讨论中可以清楚，起动机输出轴20和花键管26在发动机的驱动期间由两个轴承23a和23b支撑，因而避免了在传统结构中会不利地产生的起动机输出轴20围绕轴承23a和23b的进动或扭转。如图6清楚地显示，起动机输出轴20悬伸出外壳1的端部之外的悬伸量A(即在小齿轮25远离外壳1而运动时更接近小齿轮25的轴承23a和小齿轮25之间的距离)小于轴承跨距B(即轴承23a和23b之间的间隔)，这样就使作用在轴承23a和23b上的负载和应力减小，这提高了起动机操作的稳定性，并允许降低起动机的尺寸。另外，使用密封件24可使起动机能在恶劣环境如多尘条件下使用。
图7显示了根据本发明的第二实施例的起动机。
花键管26由轴承23a和23b支撑。起动机输出轴20设于花键管26内。电磁开关50以平行的方式安装于起动机的电动机之外。当电磁开关50被激励时，杠杆101摆动，使起动机输出轴20通过销21a而沿长度方向运动，这样就使小齿轮25与环形齿轮100相接合。其它设置和操作与第一实施例的相同，其详细介绍在此略去。
虽然为了便于更好地理解而已就最佳实施例来介绍了本发明，然而应当理解，在不脱离本发明的原理的前提下，本发明可以多种方式实施。因此，本发明应当理解成包括了在不脱离由所附权利要求限定的本发明原理的前提下的所示实施例可以实施的所有可能的
实施例和改进。

Claims (11)

1.一种用于内燃机的起动机，包括：
外壳；
设置在所述外壳内的花键管，所述花键管具有形成于其内周上的花键；
至少两个用于支撑所述花键管的外周的轴承；
起动机输出轴，其具有可与所述花键管的花键滑动式接合的花键，所述起动机输出轴具有小齿轮，其设置在所述起动机输出轴的从一个所述轴承处悬伸出的一个端部上，并可用于与发动机的环形齿轮啮合以输出由电动机所产生的扭矩，从而起动发动机；
至少一个形成于所述花键管内的细长孔；
接合件，其通过所述花键管的所述细长孔与所述起动机输出轴相接合；和
小齿轮运动机构，其可响应于起动机的促动而推动所述接合件，从而使所述小齿轮朝向所述环形齿轮运动，并使所述接合件沿所述细长孔运动。
2.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述花键管与电动机相连，以将由电动机产生的扭矩通过所述花键管的花键传递到所述起动机输出轴和小齿轮上，所述起动机还包括推动机构，其用于通过所述小齿轮运动机构来将电动机的扭矩转换成压力，用于推动设置在所述花键管内的所述起动机输出轴。
3.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述花键管与电动机相连，以将由电动机产生的扭矩通过所述花键管的花键传递到所述起动机输出轴和小齿轮上，所述起动机还包括推动机构，其用于通过所述花键管来推动从所述起动机输出轴中延伸出来的所述接合件，用于使设于所述花键管内的所述起动机输出轴运动。
4.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述花键管和所述起动机输出轴的花键是螺旋型的，所述细长孔以与所述花键管的纵向中心线成一定角度的方式延伸，所述角度等于所述花键的螺旋角。
5.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述小齿轮运动机构实现为电磁开关，所述电磁开关可被电激励以使所述起动机输出轴朝向环形齿轮运动。
6.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，如果支撑所述花键管的所述轴承之间的跨距定义为B，并且在小齿轮远离所述外壳运动并与环形齿轮形成接合时离小齿轮较近的那个轴承和所述小齿轮之间的距离定义为A，那么关系A/B＜1成立。
7.根据权利要求6所述的起动机，其特征在于，所述起动机输出轴具有大于距离B的长度，其与所述花键管相接合地受到支撑。
8.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述花键管具有第一端部，其与接近于所述小齿轮的第二端部相对，所述第一端部用作可将电动机的扭矩传递到所述花键管上的离合器的一部分。
9.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述起动机还包括设置在所述电动机输出轴和所述花键管之间的行星减速齿轮。
10.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述起动机还包括设置在所述电动机的输出轴和所述起动机输出轴之间的行星减速齿轮，以及设置在电动机的远离所述起动机输出轴的一侧的电磁开关，其中所述电磁开关可产生磁力以使所述接合件无法旋转，但允许通过由电动机扭矩所产生的所述起动机输出轴和所述花键管的花键的螺旋动作来将所述起动机输出轴推到所述环形齿轮上。
11.根据权利要求3所述的起动机，其特征在于，所述推动机构还包括可产生磁力的电磁开关，其可通过杠杆使所述接合件运动，以通过所述起动机输出轴朝向所述环形齿轮来推动所述小齿轮。
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