CN1616816A - 具有过量扭矩吸收装置的起动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于起动内燃机的起动器，该起动器包括：电机(1)，用于降低电机(1)的旋转速度的行星齿轮减速器(3)，以及过量扭矩吸收装置(7)。过量扭矩吸收装置(7)包括：构成减速器(3)的内齿轮(15)的多个转盘(21)，多个固定盘(22)以及盘簧(23)。两种盘(21，22)交替叠压并在叠压的方向上受到盘簧(23)的挤压。当传递到小齿轮(6)的电机(1)的旋转扭矩超过预定水平时，在转盘(21)与固定盘(22)之间产生滑动，从而过量的扭矩被吸收。

Description

具有过量扭矩吸收装置的起动器
技术领域
本发明涉及一种用于起动内燃机的起动器，该起动器具有降低电机旋转速度的行星齿轮减速器，尤其涉及一种与行星齿轮减速器共同使用的过量扭矩吸收装置。
背景技术
用于起动器的过量扭矩吸收装置的示例在日本专利JP-A-63-277859和JP-A-11-117946中公开。其中公开的过量扭矩吸收装置由连接到内齿轮的转盘、一对从两侧夹住转盘的固定盘以及盘簧，该盘簧在轴向上挤压固定盘，从而在转盘和固定盘之间产生摩擦力。当该过量旋转扭矩由与内燃机的环状齿轮邻接的小齿轮施加到转盘上时，转盘相对于固定盘产生滑动，从而使连接到转盘上的内齿轮转动。因此，过量的扭矩在所述装置内被吸收。另一示例在美国专利US-6,076,413中示出，转盘本身形成内齿轮，并且通过一对固定盘以与前述示例相同的方式从两侧挤压转盘。
在这些文献中所公开的常规的装置中，仅仅使用了一个夹在两个固定盘之间的单个转盘。因此，很难在转盘和固定盘之间获得高的啮合力。另一方面，需要高的啮合力来传递高的旋转扭矩，例如用于起动柴油机。如果为了获得高的啮合力而利用固定盘太用力挤压转盘，所述盘的摩擦面将会被由于摩擦而产生的热量所损坏，或者出现所述盘之间的受卡现象，这是因为摩擦面不足够宽。
尤其是，美国专利US-6,076,413所公开的装置中，转盘的摩擦面位于内齿轮轮齿的外面。因此，摩擦面的宽度受到限制，并且摩擦区域不能被制成足够宽。如果为了获得高的啮合力而增加从两侧挤压转盘的力，那么摩擦表面就会很快损坏。通过增加摩擦面的摩擦系数来增加啮合力是可能的。然而，在这一示例中，高的啮合力必需由具有不充足摩擦面的固定盘承受。为了避免固定盘中的损坏，固定盘必须被制作得较厚，并且支承固定盘的结构必须坚固。如果固定盘被制作得较宽，当固定盘由于某种原因以某一种方式发生扭曲以降低摩擦面积时，在所述盘之间将会更加容易出现受卡现象。如果支承结构被加强强度，将不可避免地使起动器笨重。
发明内容
本发明是在鉴于上述问题的情况下而制成的，并且本发明的目的在于提供一种具有过量扭矩吸收装置的改善的起动器，所述过量扭矩吸收装置能够传递高的扭矩并能可靠地吸收超过预定水平的扭矩。
一种用于起动内燃机的起动器包括一由定子组成的电机和在定子上旋转的电枢。前壳体、中壳体、定子的轭和后壳体在轴向上按照这一顺序组装在一起，并利用贯穿螺栓将这些部件稳固地彼此连接在一起。该起动器还包括用于降低电枢的旋转速度的行星齿轮减速器，和用于从电枢向小齿轮传递预定扭矩以及吸收过量扭矩的过量扭矩吸收装置。行星齿轮减速器和过量扭矩吸收装置被容纳在中壳体内。
过量扭矩吸收装置由多个转盘、多个固定盘、一个盘簧和一个用于被容纳这些部件的圆筒形套筒构成。圆筒形套筒具有轴向端壁和具有环状爪的开口端。转盘和固定盘交替互相叠压，并且固定盘被连接到不旋转的圆筒形套筒上。盘簧被叠压在互相叠压的两种盘上，并通过弯曲设置在圆筒形套筒的开口端上的环状爪使其朝向轴向端壁被挤压。转盘为环状并具有一径向内侧部和一径向外侧部。在径向内侧部上设置一构成行星齿轮减速器的内齿轮，并且径向外侧部用作由固定盘挤压的摩擦盘。固定盘同样为环状。
由于过量扭矩吸收装置由多个转盘(比如三个盘)和多个固定盘(比如四个盘)构成，因此通过该装置所要传递的旋转扭矩在多个盘之间是均分的。因而，能够传递较高的扭矩而不会在叠压的方向上过度挤压所述盘，并且超过预定水平的旋转扭矩能够被吸收而不会产生故障。
由于内齿轮设置在转盘的径向内侧部上，起动器作为一个整体能够制作得紧凑些。由于过量扭矩吸收装置的部件被容纳在圆筒形套筒内，组装的过程能够被简化。
设置有内齿轮的转盘的径向内侧部制作得要比用作摩擦盘的径向外侧部厚。以这种方式，内齿轮的齿面可以制作得宽一些。凹部可以设置在转盘上或可以设置在固定盘上，或者在这两种盘上都设置，以保持其内的润滑剂。根据较好地理解下面结合附图进行描述的优选实施例，本发明的其它目的和特征将变得更加明显。
附图说明
图1为示做为本发明的第一实施例的具有行星齿轮减速器的起动器的侧视图和局部剖视图；
图2为行星齿轮减速器和过量扭矩吸收装置的放大的剖视图；
图3为行星齿轮减速器内的齿轮结构的平面图；
图4为应用于过量扭矩吸收装置的固定盘的平面图；
图5为固定盘保持在其内的圆筒形套筒的剖视图；
图6A为设在在固定盘表面上的凹部的平面图；
图6B为设置在固定盘表面上的凹部的剖视图；
图7为做为本发明的第二实施例的具有内齿轮轮齿的转盘的剖视图，该内齿轮轮齿宽于转盘的厚度；
图8为改进形式的固定盘的平面图，该固定盘分成两部分。
具体实施方式
本发明的第一个实施例将结合图1-6B进行描述。用于起动内燃机的起动器包括：电机1；用于控制以开-关模式向电机1供给电力的磁力开关2；用于降低电机1的旋转速度的行星齿轮减速器3；在行星齿轮减速器3降低了旋转速度之后，将电机1的旋转扭矩传递到其上的输出轴4；设置在输出轴4上的单向离合器5；通过单向离合器5将输出轴4的旋转扭矩传递到其上的小齿轮6；设置在起动器上用于吸收过量扭矩的装置7；以及其他相关联的附属部件。
如图1所示，起动器的正面由前壳体36所覆盖，起动器的后面由后壳体37所覆盖。容纳行星齿轮减速器3的中壳体26和电机1的轭35设置在前壳体36和后壳体37之间，并且这些部件通过贯穿螺栓38稳固地相互连接在一起。
电机1是公知的直流电机，并且其由构成定子的轭35和具有电枢轴12的旋转电枢11构成。通过关闭磁力开关2上的电源电路(未示出)，电力从机载电池供给到电机1。当供给电力时，电枢11在定子内旋转。磁力开关2包括磁线圈和设置在磁线圈内的柱塞。当通过关闭电键开关来向磁线圈供给电流时，磁线圈内的柱塞受到驱动，从而向电机1供给电力的电源电路被关闭。
如放大视图的图2所示，行星齿轮减速器3由与电枢轴12整体形成的恒星齿轮13、与恒星齿轮13啮合的行星齿轮14、与行星齿轮14啮合的内齿轮15、以及用于旋转支承其上的行星齿轮14的行星齿轮支架16构成。行星齿轮支架16包括与输出轴4整体形成的做为法兰的销钉保持部19，被销钉保持部19所保持的销钉18以及轴承17。行星齿轮14由相应的销钉18通过相应的轴承17可旋转地支承。内齿轮15的旋转被过量扭矩吸收装置7所限制。当恒星齿轮13旋转时，行星齿轮14在自转的同时围绕恒星齿轮13轨道旋转，并且行星齿轮14的轨道旋转通过行星齿轮支架16被传递到输出轴4上。
单向离合器5由花键连接到输出轴4的离合器外部、通过轴承旋转支承在输出轴4上的离合器内部、和设置在离合器外部与离合器内部之间的滚轴构成。小齿轮6在输出轴的前端连接到离合器内部，以便小齿轮6与离合器内部一起旋转。电枢11的旋转扭矩通过单向离合器5传递到小齿轮6，但是小齿轮的旋转扭矩被单向离合器5中断而不是被传递到电枢11。离合器外部包括花键连接到输出轴4的圆筒形衬套、杆41被连接到圆筒形衬套的外部凹槽，该杆41由磁力开关2驱动来使其围绕支承销42摆动。当通过杆41将单向离合器5驱动到正面时，小齿轮6与内燃机的环状齿轮啮合。
如图2所示，过量扭矩吸收装置7由圆筒形套筒24、三个同样形成构成行星齿轮减速器3的内齿轮15的转盘21，四个连接到圆筒形套筒24并与转盘21交替叠压的固定盘22，以及在轴向上挤压叠压盘的盘簧23。转盘21为环状金属盘。内齿轮15的齿设置在转盘21的径向内侧部，径向外侧部做为摩擦盘，如图3所示。在这一实施例中，构成过量扭矩吸收装置7的摩擦盘和构成行星齿轮减速器3的内齿轮15形成在普通的转盘21上。然而，由各自分离的部件形成内齿轮15和摩擦盘以及将两个部件机械地连接起来是可能的。
如图2所示，叠压的转盘21和固定盘22容纳在圆筒形套筒24内并受到盘簧23朝圆筒形套筒24的轴向端壁的挤压，以便转盘21通过其间的摩擦力保持在固定盘之间。
圆筒形套筒24的轴向端壁也可用作将减速器室31与电机室32分开的隔离壁33(参见图1)。隔离壁33包括保持旋转支承电枢轴12的衬套部。转盘21设置在圆筒形套筒24内，以便内齿轮15和隔离壁33的衬套部以高精度相互同轴设置。以这种方式，内齿轮15与行星齿轮14正确啮合。
在这一实施例中，内齿轮15由三个转盘21构成，而不是由通过烧结或者类似的方式形成的单体构成。转盘21可以通过冲压金属板而容易制成。由于内齿轮15由三个转盘21构成，所以在转盘21之间存在一个小的Z形弯曲。这一小的Z形弯曲减小了内齿轮15与行星齿轮14的啮合中的轮齿间隙。因此，齿轮内的驱动噪音减轻了。因为内齿轮15和过量扭矩吸收装置7的摩擦盘是由普通的单盘(也就是转盘21)所构成的，所以生产成本能够被大大降低。
如图4所示，固定盘22形成为环状，在其外圆周上具有多个凸起部25。固定盘22的内径制得比内齿轮15的内径小，以便固定盘22不会妨碍行星齿轮14。圆筒形套筒24具有轴向延伸的凹槽27。如图5所示，固定盘22的凸起部25同凹槽27啮合。以这种方式，使固定盘22被保持成不能在圆筒形套筒24内旋转。由于固定盘22与转盘21之间的旋转扭矩的传递被分配到六个摩擦面上进行，所以每个固定盘22的厚度可以制作的薄一些。同样，施加到圆筒形套筒的凹槽27上的旋转扭矩被分到多个固定盘22上(在这一实施例中为四个)。因而，圆筒形套筒24可以被制作的相对薄一些。
盘簧23在轴向上将叠压的转盘21和固定盘22挤压在轴向端壁(隔离壁33)上。因此，转盘21利用由盘簧23所产生的摩擦力而保持在固定盘22之间。如果施加到转盘21上的旋转扭矩超过了摩擦扭矩，转盘21相对于固定盘22转动，从而吸收或者释放过高的旋转扭矩。换句话说，在旋转扭矩超过转盘21和固定盘22之间的摩擦扭矩之前，旋转扭矩从电枢轴12传递到输出轴4。当在旋转扭矩超过了摩擦扭矩时，转盘21与固定盘22之间出现滑动，从而中断扭矩的传递。
在装配过量扭矩吸收装置7的过程中，叠压的盘(三个转盘21和四个固定盘22)以及盘簧23首先被容纳在圆筒形套筒24内。然后弯曲设置在圆筒形套筒24的前开口端的环状爪28(参见图2)，以朝向轴向端壁33挤压盘簧23。通过调整爪28的弯曲量，确定过量扭矩吸收装置7内的摩擦力或将要传递的最大扭矩。在这一实施例中，通过弯曲瓜28而不需使用任何其它部件来挤压盘簧23。所以，过量扭矩吸收装置7的结构被简化了。然而，使用诸如螺栓或者类似的部件来挤压盘簧23是可能的。
如图1所示，减速器室31和电机室32通过隔离壁33而相互分开。圆筒形套筒24的轴向端壁用作隔离壁33。通过隔离壁33而防止使电机室32内产生的刷粉进入减速器室31。从而防止了行星齿轮减速装置7的齿轮和减速器室31内的轴承由于与刷粉摩擦而受到损坏。由于电枢轴12由保持在圆筒形套筒24内的衬套部的轴承34来支承，还由于该衬套部与转盘21以高精度同轴设置，恒星齿轮13和内齿轮15以合适的同轴关系进行设置。因此，行星齿轮减速装置7被平稳驱动而不会产生噪音。具有隔离壁33的圆筒形套筒24由磁性材料制成，比如钢板。所以，圆筒形套筒24也可用作电机1的定子内的磁道。这有助于减小电机1的尺寸和轴向长度。
容纳有圆筒形套筒24的中壳体26夹在前壳体36和电机1的轭35之间，前壳体36和后壳体37通过贯穿螺栓38在轴向上被稳固地连接起来。此外，轭35和中壳体26被连接起来以确保它们之间的同轴关系。
如图6A和6B所示，多个凹部39设置在固定盘22的表面上，润滑剂就保持在该凹部39内。转盘21的表面和用作摩擦面的固定盘22由润滑剂来润滑。摩擦面的烧蚀或卡住通过润滑剂而被防止。因此，过量扭矩吸收装置可以使用很长时间。设置在固定盘22的表面上的多个凹部39可以被凹槽或者类似的形式代替。凹部或凹槽可以制成在转盘21的表面上，或在固定盘22和转盘21两者表面上。内齿轮15外涂润滑剂，比如油脂，从而使行星齿轮14和恒星齿轮13由润滑剂来润滑。
现在，将对上述起动器的操作进行描述。当转动车辆的电键开关时，磁力开关2内的磁线圈被激活，从而驱动柱塞操作杆41。通过螺旋花键与输出轴4连接的单向离合器5被向前推动，在旋转时，从而通过杆4 来使小齿轮6向内燃机的环状齿轮移动。另一方面，根据柱塞的移动，向电机1供给电力的电路关闭，以旋转电枢11。电枢11的旋转速度通过行星齿轮减速器3而降低并传递到输出轴4。输出轴4的旋转扭矩通过单向离合器5传递到小齿轮6。与内燃机的环状齿轮啮合的小齿轮6的旋转扭矩传递到内燃机。这样，所述内燃机就起动了。
在内燃机起动之后，内燃机的旋转扭矩传递到小齿轮6。当小齿轮6的旋转速度超过了输出轴4的旋转速度时，单向离合器5终止从小齿轮6到输出轴4的扭矩传递。从而防止了电枢11被内燃机所驱动。当关闭电键开关时，磁力开关2中的磁线圈断电，磁力开关内的柱塞返回到其原始位置。电源电路接通，杆41将小齿轮6与单向离合器5一起移到其原始位置。
现在将对过量扭矩吸收装置7的操作进行描述。如果小齿轮6在啮合过程中接近高速的环状齿轮，就会在小齿轮6与环状齿轮之间产生高的撞击力。当由啮合撞击产生的旋转扭矩超过了通过过量扭矩吸收装置7所要传递的最大扭矩时，在转盘21与固定盘22之间就会产生滑动。换句话说，超过了所要传递的最大扭矩的过量旋转扭矩通过使转盘21相对于固定盘22旋转而由过量扭矩吸收装置7所吸收。在由于啮合撞击所产生的旋转扭矩变得低于所要传递的最大扭矩之前，这种扭矩吸收一直在延续。因此，当小齿轮6抵接高速的环状齿轮时，防止了行星齿轮减速器3与环状齿轮6由于高速撞击而损坏。
由于在上述的实施例中多个转盘21和多个固定盘22叠压在一起，所以增加了许多摩擦面。在上述的实施例中提供了六个摩擦面，然而，仅两个摩擦面应用在使用单个转盘的常规装置中。可以传递的最大扭矩T可表示为：T＝[挤压叠压盘的力]×[摩擦中心的半径]×[摩擦系数]×[摩擦面的数量]。换句话说，可以传递的最大扭矩与摩擦面的数量成正比。尤其是，在本发明的实施例中最大可传递的扭矩为12kgf·m。而具有一个转盘的传统装置的最大可传递扭矩为4kgf·m。因此，根据本发明的起动器可以起动重型柴油机，并防止了起动器被高的啮合撞击所损坏。
将结合附图7对本发明的第二个实施例进行描述。在这一个实施例中，转盘21的厚度不同于第一个实施例中转盘的厚度。其它结构和功能与第一个实施例中的相同。如图7所示，其上设置内齿轮15的转盘21的径向内侧部制成为厚于用作摩擦面的径向外侧部。也就是，内齿轮轮齿的厚度“A”厚于径向外侧部的厚度“B”。以这种方式，内齿轮15的宽度可以做的宽一些。通过增加内齿轮15的宽度，作用在齿面上的压力(齿面压力)被降低，从而可降低内齿轮15的磨损。虽然在图7所示的实施例中A与B之间的差值制成为相对于转盘21的厚度中心对称，当然，使厚度差值相对于厚度中心不对称也是可能的。
本发明并不局限于上述的实施例。而是其可以进行各种改变。例如，尽管前述的实施例中使用了三个转盘21和四个固定盘22，但是这些数值可以反过来。此外，两种盘的数量并不局限于三或四这些数值。固定盘22可以直接连接到中壳体26，而不需使用圆筒形套筒24。在这种情况下，盘簧23和叠压盘要被首先安装在中壳体26内，然后再利用螺栓或者类似的装置将隔离壁33固定到中壳体26上，在轴向上向叠压盘和盘簧施压。由于消除了圆筒形套筒24，叠压盘的直径能够大一些，以获得更高的可传递最大扭矩。固定盘22可以如图8所示分成两部分。在这一方式中，可以节省冲压成固定盘的金属板的数量。
虽然结合前述的优选实施例对本发明进行了图示和说明，但是，显然对本领域的技术人员来说，可以对其中的形式和细节进行改变，而不脱离所附的权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (11)

1.一种用于起动内燃机的起动器，该起动器包括：
具有连接到电枢轴(12)的电枢(11)的电机(1)；
行星齿轮减速器(3)，其包括：与电枢轴(12)整体设置的恒星齿轮(13)；与恒星齿轮啮合并围绕恒星齿轮轨道旋转的行星齿轮(14)；与行星齿轮啮合的内齿轮(15)；旋转支承其上的行星齿轮的行星齿轮支架(16)，其中通过限制内齿轮(15)的旋转，电枢(11)的旋转速度被降低并且电枢的旋转扭矩被传递到行星齿轮支架(16)；
与行星齿轮支架(16)一起旋转的输出轴(4)；
小齿轮(6)，输出轴(4)的旋转扭矩被传递到小齿轮(6)上，以便起动内燃机；以及
过量扭矩吸收装置(7)，其包括：构成内齿轮(15)的多个转盘(21)，多个与转盘交替叠压的固定盘(22)；以及用于在轴向上挤压叠压的转盘和固定盘的弹性件(23)，其中超过预定水平的电枢(11)的旋转扭矩通过在转盘(21)与固定盘(22)之间产生滑动而被吸收。
2.如权利要求1所述的起动器，其中：内齿轮(15)的轮齿设置在转盘(21)上。
3.如权利要求2所述的起动器，其中：
过量扭矩吸收装置(7)还包括具有在轴向上延伸的内槽(27)的圆筒形套筒(24)；
固定盘(22)与内槽(27)相啮合，以便固定盘(22)在轴向上可以移动，并在圆筒形套筒(24)内不可旋转；以及
叠压的转盘(21)和固定盘(22)在圆筒形套筒(24)内在轴向被挤压。
4.如权利要求3所述的起动器，其中：
圆筒形套筒(24)包括轴向端壁(33)和设置在与轴向端壁相对的开口轴向段上的环状爪(28)；以及
叠压转盘(21)和固定盘(22)通过弯曲环状爪(28)而朝向轴向端壁(33)被挤压。
5.如权利要求3或4所述的起动器，其中：
轴向端壁(33)用作将容纳行星齿轮减速器(3)的室与容纳电机(1)的另一个室(32)相分离的隔离壁；
旋转支承电枢轴(12)的轴承(34)被保持在隔离壁(33)的中心。
6.如权利要求3-5中任一权利要求所述的起动器，其中：
包括隔离壁(33)的圆筒形套筒(24)由磁性材料制成。
7.如权利要求3-6中任一权利要求所述的起动器，其还包括前壳体(36)，其中容纳行星齿轮减速器(3)和过量扭矩吸收装置(7)的中壳体(26)，构成电机(1)的定子的轭(35)，以及后壳体(37)，其中：
前壳体(36)、中壳体(26)、轭(35)和后壳体(37)在轴向上按照这一顺序组装在一起，并利用贯穿螺栓(38)稳固地连接在一起，圆筒形套筒(24)在轴向上被紧固地固定在中壳体(26)和轭(35)之间。
8.如权利要求2-7中任一权利要求所述的起动器，其中：
内齿轮(15)的轮齿和转盘(21)的摩擦面以及固定盘(22)涂覆有润滑剂。
9.如权利要求8所述的起动器，其中：
用于保持其内的润滑剂的凹部(39)形成在摩擦面上。
10.如权利要求2-9中任一权利要求所述的起动器，其中：
转盘(21)形成为环状，其具有径向内侧部和径向外侧部；以及
内齿轮(15)的轮齿设置在径向内侧部上，并且径向外侧部用作接触固定盘(22)的摩擦盘。
11.如权利要求10所述的起动器，其中：
其上设有内齿轮(15)的轮齿的转盘(21)的内侧部制作得厚于用作摩擦盘的外侧部。
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