CN85201988U - 低电流大转矩起动机 - Google Patents

Abstract

一种涉及内燃机起动机的低电流大转矩的起动机。以往的起动机大都采用电枢轴直接输出结构，为增大输出转矩都用增大起动电流来实现目的，这样造成起动机体积庞大，电效率下降，起动性能不可靠。本起动机采用了高工作电流密度，同时增加了齿轮减速机构。从而使起动机能在功率曲线上升段工作，具有高的电效率，同时大大缩小了体积，节约了材料。它由电机、减速机构、输出轴部件、电磁吸铁开关组成，用于内燃机的起动。

Description

一种涉及内燃机起动机的低电流大转矩起动机。

已有技术中的起动机，大都采用电枢轴直接输出结构。此类起动机都用增大起动电流耒达到增大输出转矩的目的，这样就产生了一系列弊病。由于起动电流大，造成蓄电池的超额负荷，蓄电池刚使用不久，电压稍有降低，就会造成起动机输出转矩严重下降，起动系统的工作可靠性差；由于起动电流大，也造成了内部导电元件导电面积必须增大，所以造成起动机的体积庞大，浪费材料；由于片面增大起动电流耒增大输出枢矩，也造成了起动机的电效率下降，现根据图1所示ST624C型起动机的特性曲线图进一步耒说明。其中横座标是起动机电流I，纵座标是输出功率N，转矩M，转速n和电压U，从特性曲线图可知，当起动电流为1050安培时，输出转矩为7kg－m，此时起动机输出功率为7马力。起动电机的工作点位于功率特性曲线的下降段，所以电效率是很低的。

本发明的目的是改变传统的起动机为要增大电枢输出转矩，片面增加起动电流而不顾功率曲线下降的弊端，而采取使起动机的工作点处于功率曲线的上升段。使用小电流耒得到同大电流一样大的输出功率，其原理可以ST614、ST624C型起动电机特性曲线图耒说明。当起动机输出功率欲为7马力时，可以有两种办法，一是通入电流为1050安培，起动机工作点位于功率曲线下降段，另一是通入电流为400安培。起动机工作点位于功率曲线的上升段。同样得到7马力的输出功率，起动电流可减少一倍多，说明电效率大大提高了。但是也带耒新的问题，由特性曲线图可知，当起动电流为1050安培时，转速为700转／分，转矩为7kg－m，此时转速和转矩正好符合内燃机起动机的要求，而当起动机电流为400安培，转速为2800转／分。转矩仅为1.8kg－m，此时转速和转矩都不能满足内燃机起动的要求。为解决这问题，本发明再在起动机内增加了齿轮减速机构，将起动机转速降低，也就提高了输出转矩。这样就达到了用低电流耒得到符合内燃机起动要求的转速和转矩的目的。

本发明的再一个要点是大幅度地提高了起动机导电元件的工作电负荷密度，由设计手册规定的18～30安／mm²提高到60安培／mm²，从而能大量节省铜材和钢材。这是考虑到起动机工作时间极短的特点，而克服传统的偏见采用的具有创造性的措施。传统的设计，采用18－30安培／mm²的许用电流密度对间断工作的电机已较保守，而起动机的工作时间极短，而且间隙时间很长，即使大幅度提高单位面积的电负荷密度，电机还未过度发热就停止工作了，所以提高起动机的导电元件的电负荷密度是极为合理的。这样每只起动机能节约很多铜材和钢材，而起动机使用非常普遍，例如6135内燃机全国保有量为数十万台，总的节约铜材和钢材就极为可观了。

本发明的再一个要点是采用了结构合理的，工艺方便的齿轮减速机构和电磁吸铁开关，而使整个起动机结构紧凑，体积小，功率大，可靠，使用寿命长。

本发明的起动机的优点是明显的，举例耒说，把常用的ST614起动机同一只有相同输出功率的本发明的起动机比较，起动机的自重（包括增添的减速部份在内）减轻重量4.5公斤以上。

起动电流由900～1050安培低为540～640安培。大大延长了蓄电池工作寿命。

蓄电池不低于18v（DC）时能可靠地起动，提高了内燃机的起动系统工作可靠性。

起动机内部导电元件的电负荷密度由设计手册规定的18～30安培／mm²提高60A／mm²左右，使钢材大为节省。因起动机使用十分广泛，总的节约量就十分可观。

采用了钢珠或滑块结构代替了工艺复杂的内花键槽以及采用了少切削无切削工艺耒加工不易金切加工的零件，简化了工艺。降低了成本。

图1是ST614、ST624C型起动机特性曲线图。

图2是本发明的低电流大转矩的结构剖面图。

现结合附图耒详细叙述本发明的一个最佳实施例。

如图2所示，小电流大转矩起动机由电机［1］，齿轮减速机构［2］输出轴机构［15］，电磁吸铁开关［34］组成。

电机［1］的结构同一般的直流起动电机相同，但是本发明根据起动机工作时间很短，间歇时间长的特点，大幅度地提高了电机的工作电流密度，传统起动机工作电流密度取18－30安培／mm²，本发明的电机［1］取工作电流密度远超出了传统值，举例耒说达60安培／mm²，这样就大缩小了电机［1］的尺寸，减少了铜材钢材的消耗。例如原ST614起动电机，标称功率为7马力，其定子和转子采用2×7和3×6（mm）铜排，本发明的具有同样标称功率7马力的电机，只用了φ3mm的铜线。

齿轮减速机构［2］采用了一级减速，主动齿轮［4］用圆销［5］固定在电机轴［3］上，通过一中间齿轮［6］同从动齿轮［8］连结，从动齿轮［8］的齿数大于主动齿轮［4］的齿数。从动齿轮［8］的齿毂上装有径向滚珠轴承［25］，该轴承座落在壳体［26］的轴承座内，从动齿轮［8］的另一端齿毂上，装有轴向止推轴承［29］、从动齿轮［8］压在轴承［29］动圈上，轴承静圈压在壳体［27］上。

输出轴部件［15］，有一装在从动齿轮［8］轴孔里的输出轴［19］输出轴［19］和从动齿轮［8］通过一螺旋滑动副机构［10］耒连结。该螺旋副机构［10］的结构可以是多种形式。

形式一：是从动齿轮［8］的轴孔是一螺旋内花键，输出轴［19］的相应段上有螺旋外花键［28］，两者成滑动配合。花键［28］可以是矩形花键，也可以是渐开浅花键。

形式二是输出轴［19］上有螺旋槽［28］，槽的断面是圆弧形的，从动齿轮的齿毂［7］上同槽对立的位置上开有圆通孔，圆通孔里装有钢珠［4］，圆孔的直径同钢珠［4］的直径以及轴上螺旋圆弧槽［28］的直径都相同，钢珠［4］被轴承［25］的内圈包围不能径向向外移动，钢珠［4］一半在轮毂的圆孔里，另一半卡入输出轴［19］的圆弧槽［28］内。

形式三又可分几种式样，一是钢珠［4］可用一圆柱耒代替。二是钢珠［4］可用装入轮毂的圆通孔内的部分是圆柱卡入轴上螺旋槽内部份是一椭圆体的滑块耒代替。三是钢珠［4］可用一装入轮毂的圆通孔内的部份是圆柱卡入轴上螺旋槽内部分是一螺旋块耒代替。槽［28］都是断面是矩形的螺旋槽。

输出轴［19］的另一端伸进挂脚孔［17］内，孔［17］内镶有铜套［16］，轴［19］和铜套［16］动配合。

传动齿轮［14］套在输出轴［19］上，弧形键穿过传动齿轮［14］凸肩上的穿通槽卡入输出轴［19］的槽［21］内，使传动齿轮［14］只能在轴［19］上转动而不能轴向移动。传动齿轮［14］孔内有一铜衬套［18］，装在输出轴［19］上的套［22］用圆销［23］固定在输出轴［19］上，传动齿轮［14］同套［22］用一弹簧离合器［11］连结，弹簧离合器内有一螺旋钢丝弹簧［13］套在传动齿轮［14］的凸肩和套［22］上，当输出轴［19］正转时，将弹簧［13］越缠越紧，从而带动传动齿轮［14］旋转，当输出轴［19］被反向带动时，弹簧［13］放松，传动齿轮［14］和输出轴［19］之间的转动连结就脱开。

输出轴［19］的后端部固定着一弹簧座［33］，螺旋压缩弹簧［35］一头顶着从动齿轮［8］的齿毂端面，另一头顶着弹簧座［33］在弹簧［31］的弹力作用下输出轴部件［15］缩进在里面。在套［22］和从动齿轮［8］之间，有一缓冲垫片，能减小输出轴部件缩回时的冲击力。

电磁吸铁开关［34］固定在输出轴［19］的后面的壳体［27］上，它有一筒形的定铁芯［32］套在弹簧［31］及弹簧座［33］外面，定铁芯［32］的端面有一具有外圆锥面的凸台［35］，定铁芯［32］外套有线圈保持架［49］，保持架［49］上装有保持线圈［50］和吸引线圈［48］保持架内有铜衬套［52］，动铁芯［45］可在保持架铜衬套［52］内左右滑动，动铁芯［45］内有一推杆［38］，动铁芯［45］后端面上固定有一弹簧座［40］，弹簧［51］一头顶着推杆［38］，另一头顶着弹簧座［40］，推杆［38］在弹簧［51］的作用下靠在肩［37］上推杆［38］的一头穿过铁芯［32］中间的孔，伸入输出轴［19］后端的中心孔内，顶住孔内的钢珠［30］，推杆［38］与钢珠［30接触的端面带有中心孔。动铁芯［45］在左端有内锥孔［47］，其锥度和定铁芯凸台［35］锥面的锥度相同，压缩弹簧［36］一头顶着定铁芯凸台［35］，另一头顶着动铁芯肩［37］。

动铁芯的右端装有绝缘垫片［42］［43］，中间夹着铜触头［44］线圈架上固定着另一对触头［46］。绝缘垫片［42］是锥形的，其锥度同电磁吸铁开关的后盖中间的内锥面锥度一样。螺旋压缩弹簧［39］一头顶着绝缘垫片［42］，另一头顶着弹簧座［40］。

定铁芯凸台［35］锥面，动铁芯的内锥孔［47］，锥形绝缘垫片［42］和后盖［41］中间的内锥面保证了动铁芯［45］在往复运动时自动定位输出轴轴线上。

动铁芯［45］和定铁芯［32］最好是用电工纯铁或者是低碳钢制成。

本发明的起动电机工作原理说明如下：

当电磁吸铁开关［34］保持线圈［50］和吸引线圈［48］通电时，将动铁芯［45］吸向定铁芯［32］，此时电机［1］缓慢转动，因触头［44］和触头［46］接触将吸引线圈［48］从电机［1］定子绕组和电源连结的电气线路中排除，而使定子绕组直接同电源相通，电机［1］成额定转速，此时若锥孔面［47］同凸台锥面［35］还未接触，在电磁吸力的作用下，压缩弹簧［39］，直至锥面互相接触。

当动铁芯［45］被吸入时，弹簧座［40］压缩弹簧［51］，弹簧［51］再压推杆［38］，推杆［38］推输出轴［19］向外。由于螺旋副［10］的作用，输出轴［19］一边转动一边向外伸出，从而也旋转地推出传动齿轮［14］，同发动机飞轮齿圈啮合。此时弹簧［31］［36］都被压缩。

当传动齿轮［14］同发动机齿轮啮合后由于定、转子绕组直接通电源。电机［1］转速增至额定值，通过电枢轴带动主动齿轮［4］，中间齿轮［6］、从动齿轮［8］、输出轴［19］正转，将弹簧离合器［11］中的弹簧［13］越缠越紧而带动传动齿轮［14］，再带动发动机飞轮齿圈旋转。此时电机［1］发出额定功率，但转速高，转矩小，通过齿轮减速机构［2］降低转速至需要值同时增大转矩至需要值。

当发动机起动后，电极吸铁开关及电机［1］失电，动铁芯［45］在弹簧［36］作用下复位，由于锥形绝缘垫片［42］和后盖［41］的内锥面的作用，使动铁芯［45］能正确复位在轴线位置上。输出轴部件［15］的弹簧［31］的作用下也缩回壳体。此外还由于发动机起动后转速增加而超出了传动机齿轮［14］的转速，因而将传动齿轮［14］反转，此时弹簧离合器［11］内的弹簧［13］被放松，弹簧离合器［11］就脱开，传动齿轮［14］的反转不会传递到后面的传动链及电机［1］    上去。确保了起动机的安全。同时发动带动传动齿轮［14］反转，在弹簧离合器未完全脱开时也会使输出轴［19］相对于螺旋滑动副［10］反转，而促使输出轴［19］缩回壳体，使传动齿轮［14］同发动机脱开。

Claims (13)

1、一种涉及内燃机起动机的低电流大转矩起动机由电机[1]。电磁吸铁开关[34]、输出轴部件[15]组成，其特征在于电机[1]的导电元件工作电流密度远超出传统工作电流密度，在电机[1]和输出轴部件[15]之间还带有一个齿轮减速机构[2]，使电机[1]能在功率特性曲线上升段工作，而使电机[1]得到较高的电效率。

2、根据权利要求1所述的低电流大转矩起动机，其特征在于齿轮减速机构［2］是一级减速机构，固定在电机轴［3］上的主动齿轮［4］通过中间齿轮［6］同从动齿轮［8］  连结。从动齿轮［8］的齿数大于主主动齿轮［4］的齿数，从动齿轮［8］的齿毂［7］上装有径向滚子轴承［25］该轴承［25］座在壳体［26］的轴承座内，从动齿轮［8］一端齿毂上装有轴向止推轴承［29］。

3、如权利要求2所述的低电流大转矩起动机，其特征在于输出轴部件［15］有根输出轴［19］装在从动齿轮［8］的轴孔内。通过螺旋滑动副［10］连接，传动齿轮［14］套在输出轴［19］上通过弧形键［21］结构使传动机齿轮［14］只能在输出轴［19］上转动。但不能轴向移动。传动齿轮［14］通过一弹簧离合器［11］同输出轴［19］连结，当输出轴［19］正转时，弹簧离合器［11］结合带动传动齿轮［14］，当传动齿轮［14］反向带动输出轴，弹簧离合器［11］脱开，齿轮超越转速传不到输出轴［19］，输出轴［19］端部固定着一弹簧复位装置，使起动机断电后输出轴部件能缩回壳体。

4、如权利要求3所述的低电流大转矩起动机，其特征在于所述的螺旋滑动副［10］是从动齿轮［8］的轴孔旋内花键，输出轴［19］的相应段上是螺旋外花外键［28］，两者成滑动配合，螺旋外花键［28］可以是矩形花键，也可以是渐开线花键。

5、如权利要求3所述的低电流大转矩起动机，其特征在于所述的螺旋滑动副［10］是输出轴［19］上制有螺旋槽［28］。槽的断面是圆弧形的，从动齿轮［8］的齿毂［7］上同槽［28］对应位置于开有圆通孔圆孔里装有钢珠［9］，圆孔钢珠［9］和轴［19］上螺旋圆弧槽［28］的圆弧直径都相同，钢珠［9］被轴承［25］的内圈包围，不能径向向外移动，钢珠［9］一半在轮毂［7］的圆孔里，另一半卡入输出轴［19］的螺旋圆弧槽［28］内。

6、如权利要求5所述的低电流大转矩起动机，其特征在于所述的钢珠［9］可用圆柱体耒代替。螺旋槽［28］的断面是矩形。

7、如权利要求5所述的低电流大转矩起动机，其特征在于所述的钢珠［9］可用一装入轮毂的圆孔内的部份是圆柱，卡入轴上槽内的部份是椭圆体或螺旋块的滑块耒代替，螺旋槽［28］的断面是矩形。

8、如权利要求3所述的低电流大转矩起动机，其特征在于弹簧离合器［11］内有一螺旋弹簧［13］套在传动齿轮［14］的齿毂［12］和固定在轴［19］上的套［22］上，当输出轴［19］正转动时，将弹簧［13］越缠越紧，从而带动传动齿轮［14］旋转，当输出轴［19］反转时，螺旋弹簧［13］放松，传动为轮［14］和输出轴［19］之间的转动连结就脱开。

9、如权利要求2所述的低电流大转矩起动机，其特征在于电磁器铁开关［34］固定在输出轴［19］的后面壳体［27］上，筒形的主铁芯［32］套在弹簧［31］及弹簧［33］的外面，定铁芯［32］外套有线圈保持架［49］，保持架［52］上装有保持线圈［50］和吸引线圈［48］，保持架内有铜套［52］，动铁芯［45］可在保持架［49］的铜套［52］内左右滑动，动铁芯［45］内有一推杆［38］，动铁芯［45］的后端面固定有一弹簧座［40］弹簧［51］一头顶着推杆［38］，另一头顶着弹簧座［40］。推杆［38］的一头穿过定铁芯［32］中间的孔，伸入输出轴［19］后端的中心孔内，顶住输出轴［19］，压缩弹簧［36］的一头顶着主铁芯凸台［35］，另一头顶着动铁芯肩［37］，动铁芯［45］的另一端装有绝缘片［42］［43］。绝缘片中间夹着铜触头［44］，线圈保持架［49］上固定着另一对铜触头［16］、螺旋压缩弹簧［39］一头顶着绝缘垫片［42］，另一头顶着弹簧座［40］。

10、如权利要求9所述的低电流大转矩起动机，其特征在于定铁芯凸台［35］有锥面，动铁芯［45］上有一锥孔［47］，它们的锥度是一样的，绝缘垫片［42］是锥形的，后盖［41］的中间有一内锥面，它们的锥度是一样的。这样能保证动铁芯［45］在往复运动时保持与输出轴同轴位置。

11、如权利要求9所述的低电流大转矩起动机，其特征在于输出轴［19］后端的中心孔内还可以加入一粒钢珠［30］，伸入中心孔的推杆［38］顶住钢珠［30］，推杆［38］的顶住钢珠［9］的端面钻有中心孔。

12、如权利要求9所述的低电流大转矩起动机，其特征在于动铁芯［45］和主铁芯［32］的材料是电工用纯铁或低碳钢。

13、如权利要求2所述的低电流大转矩起动机，其特征在于所述的导电元件工作电流密度为60安塔／mm左右。

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