CN1653263A - 启动器 - Google Patents

Abstract

提出了一种螺旋齿轮启动器，在这种装置中，不需要为实现对内燃机齿轮圈(47)的啮合而设置继电器。在这种启动器中，为把小齿轮(45)啮合到齿轮圈(47)内，利用启动电机(5、7)定子(5)上设置的极管(9)向前送进从动轴(33)，极管在启动电机(5、7)通电后绕电机轴线摆动运动。该启动器设有把极管(9)的摆动运动直接转换为作用于从动轴(33)的轴向运动的机构(55、63、77、79)。

Description

启动器

技术领域

本发明涉及内燃机的启动器，该装置具有一台启动电机、一根由该启动电机驱动的主动轴和一根与该主动轴有效连接的、在其纵轴方向可移动的从动轴，该从动轴上装有一个可啮合进内燃机齿轮圈的小齿轮，其中利用装在启动电机定子上的元件实现从动轴的向前送进，以使小齿轮啮合进齿轮圈，这个元件在启动电机得电时绕电机轴作摆动运动。

背景技术

所谓的螺旋齿轮启动器作为内燃机的启动器已被广泛应用。这种螺旋齿轮启动器具有一台启动电机，其主动轴与一根在其纵轴方向可移动的从动轴构成有效连接。该主动轴在其远离启动电机的一端设有多头螺纹，在该螺纹上装有从动轴的，可转动和移动的传动筒。从动轴的这个传动筒通过一个自由轮机构与装有小齿轮的轴连接。由于启动电机通电，从动轴被上述传动筒、自由轮机构和小齿轮轴向前送进，从而使小齿轮啮合内燃机的一个齿轮。这种机械啮合功能一般通过一个机械式继电器完成，该继电器通常还附加地承担启动电机的开关功能。这种啮合和开关功的结合要求在启动器上安装一个启动继电器。由于启动器处在车辆的变形范围内，在发生事故时就会产生以下危险，即，启动继电器处于蓄电池电压下的部分会与处于壳体电位的车体接触，从而形成短路。例如DE 19625057 C1所公布的就是上述这样一种启动器。

有一种启动器不需要内装承担启动器啮合功能的启动继电器就能工作，它是在较早的德国申请10016706.3的基础上提出的。这种启动器按所谓的制动一螺旋齿轮传动原理工作。在这种启动器内，启动电机设有一个极管，该极管在电机得电后绕电机轴作摆动运动。一制动机构利用极管的这种摆动运动，并对从动轴的传动筒施加制动力矩。这个制动力矩的作用是通过电机主动轴上的多头螺纹推进传动筒，从而使启动器的小齿论啮合进内燃机的齿轮圈内。根据较早的德国申请的实施形式，这种制动装置不是由一个与传动筒连接的制动鼓(止动楔对其加压)组成，就是由一个棘轮组成，该棘轮可朝与传动筒摩擦连接的圆盘移动，其中通过棘轮与圆盘之间的形状配合，制动力矩作用在该传动筒上。要改变闸板和棘轮的位置，就要求对传动筒施加径向力，该力是利用一个机构从极管的摆动运动中得到的。

发明内容

根据权利要求1所述的特征，本发明设有把启动电机得电后产生的定子元件围绕电机轴线的摆动运动直接转换为作用于从动轴的轴向运动的机构。采用本发明不需要安装用于将从动轴向前送进以完成啮合过程的启动继电器。此外，本发明利用很简单的技术手段把定子元件的摆动运动转换为作用于从动轴的轴向运动。

从属专利要求可得出本发明有利的实施方案和改进方案。

一个用于把定子元件的摆动运动转换为从动轴的轴向运动的有利实施方案可以这样构成，即：设置导轨和可在其上滑动的导向装置，其中该导轨或导向装置与能作轴向移动的从动轴处于有效连接，并且导向装置或导轨设置在启动器不与从动轴作轴向运动的元件上。该定子元件与导轨或导向装置是如此构成有效连接的，即：导向装置在定子元件的摆动运动中沿导轨滑动。导轨或导向装置是如此构成的，从动轴通过导向装置在导轨上的滑动完成轴向运动。为减小导轨与导向装置之间的摩擦，例如，可加设滚珠或滚动体。

有利的方式是，一大体径向放置的圆盘如此支承在从动轴上，即：该圆盘可围绕从动轴的轴线转动，并在轴向沿送进方向顶着弹簧力被支撑。该弹簧力协助启动器小齿轮啮合进内燃机的齿轮圈。

该定子元件可以以形状锁合或动力啮合的方式与圆盘如此连接，从而在定子元件摆动运动时，装在圆盘上的导向装置沿着在从动轴的送进方向不断升高的导轨滑动，其中该圆盘与从动轴一起作轴向运动。

例如可以把导轨或导向装置设置在定子元件上。

较有利的方式是启动元件由一根属于定子的极管组成，该极管是可绕电机轴线摆动的支承的，这里可装设一个弹簧元件，该弹簧元件的作用与电机得电后产生的作用在极管上的扭矩相反。

符合目的的是，在圆盘和启动器的壳体之间安装一个弹簧元件，该弹簧元件作用于圆盘，因此也对从动轴施加一个与送进方向相反的弹簧力。该弹簧元件协助启动器的退出过程。

与通常的螺旋齿轮启动器一样，在按本发明制成的启动器中，主动轴也以合适的方式通过多头螺纹驱动从动轴。

附图说明

下面根据几个在附图中示出的实施例作进一步说明。

图1为启动器的纵截面图，

图2至图4是启动器的三维剖面图，示出了极管和从动轴的不同状态，和

图5是安装在从动轴上的圆盘及伸入其缺口内的一个极管臂杆的剖面图。

具体实施方式

附图中以纵截面图示出的启动器有一个由两部分组成的壳体，壳体部分1包在启动电机的外面，第2壳体部分3内安装有启动器的传动轴承。启动电机按已知方式由一个定子5和在一个支承在其中间并可旋转的转子7组成。定子5装有一个极管9，该板管中安装了做成永久磁铁的定子极11。极管9构成定子极11的磁接地，该启动磁极与转子7同心安装。转子7具有一根电机轴13，它与叠片铁心抗扭连接在一起。在图中未画出的叠片铁心槽内安装了一个或几个转子绕组。

从启动电机伸出的电机轴13与一齿轮传动装置、主要是一行星齿轮系15连接。其中电机轴13驱动一太阳轮17，而太阳轮17与行星齿轮19和21啮合，该行星齿轮又与一内齿轮23咬合。内齿轮23与一中间轴承25连接。行星齿轮19和21由行星齿轮支座27支承。中间轴承25固定且抗扭地安装在启动器的壳体3内。行星齿轮支座27是抗扭的，例如与主动轴29连成一体。

从动轴33的传动筒31套在主动轴29上。主动轴29和传动轴31通过多头螺纹35相互连接。把主动轴29和传动筒31相互连接在一起的多头螺纹是所谓的啮合传动机构。传动筒31进入自由轮机构39的一外环37内。自由轮机构39的外环37通过图中未画出的夹紧体驱动一内环41，该内环与从动轴33的小齿轮轴43相连。小齿轮轴43在其伸出启动器壳体3的一端是小齿轮45。在电机轴13转动时，小齿轮轴43由主动轴29与从动轴33之间设计为多头螺纹35的啮合传动机构实现向前送进，从而是使小齿轮45啮合进图中未画出的内燃机的齿轮圈47。这个啮合过程和退出过程在下面还将进一步详细叙述。

在图1所示的实施例中，主动轴29通过两个同轴前后布置的轴承49和51可转动地支承在从动轴33内。此外，从动轴33通过轴承53支承在壳体3内并可围绕其纵轴转动。

启动电机的极管9可绕电机轴线(电机轴13)摆动一定角度(约10°-30°)地支承。在极管9上装有一个或几个--最好为三个臂杆55，它们伸进在其内部装有驱动从动轴33的齿轮传动机构的壳体部分3内。极管9的每个臂杆55穿过中间轴承25外周上的凹槽57，而该中间轴承抗扭固定在壳体部分3内。中间轴承25上的凹槽57各设有二个用于限制极管9绕电机轴线的摆动运动的止档59和61。图2至图4中启动器的断面透视图示出了中间轴承25上的凹槽57及其二个止档59和61和在其里面穿过的极管9的臂杆55。

启动电机一得到电，转子和定子之间产生的电磁力对极管9施加一个扭矩，它使极管9按一确定的方向，例如顺时针方向绕电机轴线摆动。设置了一个在附图中未示出的一个弹簧元件，其克服极管9的上述扭矩。例如该弹簧元件可安装在中间轴承25上。这个作用于极管9上的扭矩的大小取决于通过转子绕组内的电流强度。

在从动轴33的传动筒31上，一个大体径向放置的圆盘63是如此支承的，从而它可以绕从动轴33的传动筒31的轴线转动。对圆盘63施加了保险措施，防止它朝主动轴33的送进方向作轴向移动。例如利用安装在传动筒31上的固定环65使圆盘63贴靠在固定环65上。利用卡环67防止固定环65朝从动轴33的送进方向作轴向移动。在圆盘63向着自由轮机构39的一侧，支承环69装在传动筒31上，该传动筒被支承在自由轮机构39的外环37上的弹簧71顶压在圆盘63上。该弹簧按其在把小齿轮45啮合进齿轮圈47时的功能命名，下面称之为啮合弹簧71。在圆盘63和壳体部分3之间装有另一个弹簧73，该弹簧与啮合弹簧71一样，对圆盘63施加压力，因此这个压力也逆着从动轴33的送进方向作用在从动轴33上。第二弹簧73在下面叙述中称之为退出弹簧，因为它协助小齿轮45从齿轮圈47中退出。前面提到的啮合力或退出力也可由安装在启动器另一些位置上的其他弹簧元件产生，如图所示。例如也可把退出弹簧73安装在能作轴向移动的从动轴33的小齿轮轴筒43与轴向固定的主动轴29在小齿轮侧的一端之间。

下面根据图2至图4来介绍啮合过程，这些附图示出了啮和过程的各个阶段。

圆盘63在其外缘上为极管9的每根臂杆55设有一个凹槽75，其大小要使极管9的多个臂杆55在径向没有间隙，但臂杆55在其中能作轴向移动。因此可能的是，在传动筒31上的极管9作摆动运动时，圆盘63也跟随转动，但是圆盘63能作相对于极管9的轴向移动。圆盘63具有至少一个向极管9指向的轴向突起部77。在圆盘63的每个突起部77的范围内，在固定设置的中间轴承25上设有一个朝着圆盘63的轴向突块79。该突块79设有一导轨81，圆盘63的突起部77能沿该导轨滑动，其中突起部77和导轨81应这样设计，即：当圆盘63在其突起部67在导轨81上滑动时获得一向前送进运动。

图2示出了启动电机无电时处在静止状态的启动器。此时没有扭矩作用在极管9上，而靠在中间轴承25的凹槽57的左侧止档59上。在这个静止位，从动轴33与安装在其上的圆盘63已被向启动电机方向推回来，因而圆盘63上的突起部贴靠在中间轴承25上。此时如果启动电机得电，极管9便得到扭矩，在图2至4所示出的实施例中，该扭矩的方向，从启动器的小齿轮侧端看，为顺时针方向。随着电机电流的增大，极管9及其臂杆55向装在中间轴承25内附属于每个臂杆55的凹槽57的第二止档61摆动。

如图3所示，极管9的每个臂杆55在极管作摆动运动时带着圆盘63一起摆动，其中圆盘63的突起部77沿着固定设置在中间轴承25上的突块79的导轨81滑动，并连同从动轴33一起向内燃机的齿轮圈47方向送进。用这样的方法把从动轴33先推送一段距离，直至启动器的小齿轮45的齿碰到内燃机齿轮圈47的齿。通过主动轴39和传动筒31之间的多头螺纹35，从动轴33与齿轮圈45克服啮合弹簧71的弹簧力继续被向前驱动，并作旋转运动，直至小齿轮45的齿碰到内燃机齿轮圈47的齿槽，通过从动轴的进一步向前送进，使小齿轮45啮合进齿轮圈47内。此时从动轴33的向前送进过程结束。

图3示出了极管9和圆盘63在上述啮合状态时的位置。通过极管9的进一步摆动运动，直至靠上固定不动的中间轴承25上的凹槽57的止档61，使圆盘63克服啮合弹簧71的弹簧力向前推进，直至它移过至少一个安装在中间轴承25上轴向伸出的凸缘83的端面。在这个状态时，圆盘63连同从动轴33都被锁定。图4示出了这个状态。

在前面所述的啮合过程结束后，内燃机被由启动电机驱动的从动轴33的小齿轮45带动旋转，直至内燃机自行运转。此后启动电机的负载减小，因而电机电流也减小，作用在极管9上的扭矩也随之减小。当作用在极管9上的上述扭矩减小到一定值以下时，从而超过在附图中未画出的极管复位弹簧的弹簧力，圆盘63解锁，退出弹簧73把圆盘63连同从动轴33沿启动电机方向推回。此时圆盘63由固定突块79上的导轨81导向，与极管9一起沿逆时针方向转动，直至极管9及其臂杆55回摆靠上中间轴承35中的多个凹槽57的止档59。在这个过程中，小齿轮45从内燃机的齿轮圈47重新退出。例如，当点火开关钥匙松开，切断启动电机的电流时，也将启动上述退出过程。

在一结构变型方案中规定，圆盘63和中间轴承25的结构稍有不同。在这个方案中，凸缘83伸入圆盘63的开口，并是圆盘63开口的径向止档，而在另一个实施例中规定，一方面圆盘63内设计成稍有弯曲的长孔的开口设置在两个突起部77之间。另一方面规定，凸缘83相应地不设置在导轨81的范围内，而是设置在突块79的轴向端面上。

现在，将各个凸缘83设计为从突块79沿轴向伸出的销钉。这种销钉为金属销钉结构，压入中间轴承25中。这种销钉的优点是耐磨性能好，如不采用该办法，也可与中间轴承浇注接合。另外，特别是钢制销钉也可采用超声波接合法固定，或者用螺钉固定。

因为该凸缘是金属制成的，比较耐磨，所以圆盘63的结构可以簿一些，这样将因重量减小，惯性矩也减小而带来一些优点。

与图1至4所示的实施例不同，极管9的摆动运动可能以许多种其他的方式转变为从动轴33的轴向运动。原理上这种转换是通过由导轨和一个沿其滑动的导向装置组成的机构实现的，其中导轨或导向装置与能轴向移动的从动轴构成有效连接，导向装置或导轨安装在启动器不跟随从动轴作轴向运动的元件上。在这种情况下极管9与导轨或导向装置必须这样有效连接，即；导向装置在极管9摆动运动时沿导轨滑动。导轨和导向装置必须这样构成，即：从动轴33通过导向装置沿导轨滑动而实现轴向运动。图5所示的例子示出了极管9和安装在从动轴33上的圆盘63的剖面，在这个图例中，导轨由极管9的臂杆55构成。而且极管臂杆55伸入在圆盘63的开口75中的区域具有向圆盘63方向倾斜的侧边85和87。侧边85、87构成用于限定凹槽75大小的凸缘89和91的导轨。当极管9摆动时，不是凸缘89沿极管9的侧边85滑动，就是凸缘91沿极管9的侧边87滑动，从而圆盘63获得一种向前送进运动。为了减小凸缘89或91在极管9的侧边85或87上的滑动阻力，凸缘89和91应有倒角。

为了减少上述形式的导轨和导向装置之间的摩擦，可以在两者之间加设滚珠或滚动体。

Claims (8)

1.用于内燃机的启动器，具有一台启动电机(5、7)、一根由启动电机(5、7)驱动的主动轴(29)和一根与主动轴(29)有效连接的在其纵轴方向可移动的从动轴(33)，在该从动轴上装有可啮合内燃机齿轮圈(47)的小齿轮(45)，其中，为把小齿轮(45)啮合到进齿轮圈(47)内，装在启动电机(5、7)的定子(5)上的元件(9)使从动轴(33)实现向前送进运动，该元件在启动电机(5、7)得电后围绕该电机轴线摆动运动，其特征是，设有把定子元件(9)的摆动运动直接转换为作用于从动轴(33)的轴向运动的机构(55、63、77、79、85、87、89、91)。

2.按权利要求1所述的启动器，其特征是，该机构由导轨(81、85、87)和一个沿该导轨滑动的导向装置(77、89、91)组成，其中导轨(81、85、87)或导向装置(77、89、91)与可作轴向移动的从动轴(33)实现有效连接，并把导向装置(77、89、91)或导轨(81、85、87)安装在该启动器不与从动轴(33)一起作轴向移动的元件(25)上，从而使定子元件(9)与导轨(81、85、87)或导向装置(77、89、91)实现以下有效连接，即导向装置(77、89、91)在定子元件(9)摆动运动时沿导轨(81、85、87)滑动，导轨(81、85、87)和导向装置(77、89、91)是这样构成的，即从动轴(33)由于导向装置(77、89、91)在导轨(81、85、87)上的滑动而实现轴向移动。

3.按权利要求1或2所述的启动器，其特征是，大体径向放置的圆盘(63)如此支承在从动轴(33)上，即该圆盘能围绕从动轴(33)的轴线转动，与在轴向沿向前送进方向顶着弹簧力(71)被支撑。

4.按权利要求2或3所述的启动器，其特征是，启动元件(9)以形状锁合或动力啮合方式与圆盘(63)如此连接，即在定子元件(9)摆动运动时，设在圆盘(63)上的导向装置(77)沿着在从动轴(33)的送进方向不断升高的导轨(81)滑动，其中，圆盘(63)与从动轴(33)一起作轴向运动。

5.按权利要求2所述的启动器，其特征是，导轨(85、87)或该导向装置安装在定子元件(9)上。

6.按上述权利要求中任一项所述的启动器，其特征是，属于启动电机定子(5)的极管(9)是可绕电机轴线摆动的支承的，并设有一个弹簧元件，该弹簧元件的作用与电机得电后产生的作用于极管(9)上的扭矩相反。

7.按权利要求3所述的启动器，其特征是，在圆盘(63)和启动器壳体(3)之间装有一个弹簧元件(73)，该弹簧元件作用于圆盘(63)，因而也对从动轴(33)施加一个与送进方向相反的弹簧力。

8.按上述权利要求中任一项所述的启动器，其特征是，主动轴(29)通过多头螺纹(35)驱动从动轴(33)。

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