DE102015105209A1

DE102015105209A1 - Maschinenstartvorrichtung

Info

Publication number: DE102015105209A1
Application number: DE102015105209.1A
Authority: DE
Inventors: Tarou OKADA; Mitsuhiro Murata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2035-04-08
Also published as: US20170328328A1; JP2015200190A; DE102015105209B4; JP6379603B2; US9938950B2; US20150316017A1; CN104976010A; US10161375B2; CN104976010B

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Starten einer Maschine weist einen Motor (2), eine Ausgangswelle (3), die durch den Motor angetrieben ist, ein Ritzel (4), das entlang der Ausgangswelle vorgesehen ist, und eine elektromagnetische Solenoidvorrichtung (5) auf. Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung ist konfiguriert, um das Ritzel (4) axial hin zu einem Zahnkranz (28) der Maschine zu drücken, um das Ritzel mit dem Zahnkranz einzurücken, und eine Drehkraft, auf die als ein Motordrehmoment Bezug genommen ist, das durch eine Speisung des Motors (2) erzeugt wird, von dem Ritzel zu dem Zahnkranz zu übertragen, wodurch die Maschine gestartet wird. Die Vorrichtung ist konfiguriert, derart, dass bei einem Starten der Maschine in einem aufgewärmten Zustand derselben das Motordrehmoment von dem Ritzel an den Zahnkranz bis zu mindestens einem zweiten Kompressionstakt weiter angelegt werden kann, selbst wenn eine Maschinengeschwindigkeit variiert.

Description

HINTERGRUND
(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschinenstartvorrichtung, die fähig ist, eine Maschine bei einer hohen Drehgeschwindigkeit zu starten.
(Verwandte Technik)
Ein Anlasser zum Starten einer Maschine ist herkömmlicherweise mit einem Geschwindigkeitsreduzierer versehen, um ein Drehmoment, das gleich oder größer als ein Übergangsdrehmoment ist, bei hohen Temperaturen zu erzeugen, bei denen die Maschinenlast übermäßig sein kann. Ein Anlasser, wie er beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung offengelegte Veröffentlichung Nr. 2004-257482 offenbart ist, ist zwischen einer Ankerachse und einer Ausgangswelle eines Motor mit einem Planetenreduzierer versehen, wodurch eine Motorgeschwindigkeit reduziert wird, das heißt, das Motordrehmoment verstärkt wird, und das Drehmoment zu der Ausgangswelle übermittelt wird. Auf einen solchen Anlasser wird als ein Geschwindigkeitsreduktionsanlasser Bezug genommen.
Es ist jedoch für einen solchen Geschwindgkeitsreduktionsanlasser unvermeidlich schwierig, eine Kurbelgeschwindigkeit zu erhöhen, was eine relative Geschwindigkeit zwischen der Maschinengeschwindigkeit und der Motorgeschwindigkeit verursachen kann. In der Anwesenheit einer solchen relativen Geschwindigkeit kann eine Zahnoberfläche eines Ritzels gegen eine Zahnoberfläche eines Zahnkranzes während eines Kompressionstakts der Maschine schlagen, was einen übermäßigen Stoß zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz verursachen kann. Der Geschwindigkeitsreduktionsanlasser kann somit unter einem Geräusch, das durch eine Beanspruchung und einen Stoß gegen einen Treiber des Anlassers verursacht wird, leiden. Wenn insbesondere die Maschine in einem aufgewärmten Zustand ist, wird eine Maschinenbeschleunigung während eines Expansionstakts erhöht, was unvermeidlich zu einer erhöhten relativen Geschwindigkeit zwischen der hohen Maschinengeschwindigkeit und der Motorgeschwindigkeit führt. Der Stoß während des Kompressionstakts wird mit einem Erhöhen der relativen Geschwindigkeit zwischen der hohen Maschinengeschwindigkeit und der Motorgeschwindigkeit erhöht.
In Anbetracht des Vorhergehenden sind exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf das Schaffen eines Anlassers gerichtet, der fähig ist, zu verhindern, dass ein Stoß gegen den Anlasser während eines Kompressionstakts beim Starten der Maschine auftritt.
KURZFASSUNG
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Starten einer Maschine geschaffen, mit einem Motor, einer Ausgangswelle, die durch den Motor angetrieben ist, einem Ritzel, das entlang der Ausgangswelle vorgesehen ist, und einer elektromagnetischen Solenoidvorrichtung, die konfiguriert ist, um das Ritzel axial zu einem Zahnkranz der Maschine zu drücken, um das Ritzel mit dem Zahnkranz einzurücken, und eine Drehkraft (auf die als ein Motordrehmoment Bezug genommen ist), die durch eine Speisung des Motors erzeugt wird, von dem Ritzel zu dem Zahnkranz zu übertragen, wodurch die Maschine gestartet wird. Die Vorrichtung ist konfiguriert, derart, dass beim Starten der Maschine in einem aufgewärmten Zustand derselben das Motordrehmoment von dem Ritzel an den Zahnkranz bis zu mindestens einem zweiten Kompressionstakt weiter angelegt werden kann, selbst wenn eine Maschinengeschwindigkeit variiert.
Mit der Maschinenstartvorrichtung, die wie im Vorhergehenden konfiguriert ist, ist es, selbst wenn sich eine Maschinenbeschleunigung während eines Expansionstakts der Maschine in einem aufgewärmten Zustand erhöht, möglich, dass die Drehung des Ritzels der Drehbeschleunigung der Maschine folgt. Das heißt, dass beim Starten der Maschine in dem aufgewärmten Zustand derselben das Motordrehmoment weiter von dem Ritzel an den Zahnkranz bis zu mindestens dem zweiten Kompressionstakt angelegt werden kann, selbst wenn eine Maschinengeschwindigkeit variiert. Die relative periphere Geschwindigkeit des Zahnkranzes und des Ritzels kann somit eliminiert werden, was zu einem reduzierten Stoß zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz führen kann. Dies kann eine Beanspruchung des Anlassertreibers reduzieren und ein Auftreten eines Geräuschs, das durch die Beanspruchung verursacht wird, verhindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Anlassers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Solenoidvorrichtung entlang einer Linie II-II von 1;
3 ist ein Schaltungsdiagramm des Anlassers des ersten Ausführungsbeispiels; und
4 ist eine Querschnittsansicht eines Motors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sind im Folgenden mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung genau beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein Anlasser 1 (als eine Maschinenstartvorrichtung) des ersten Ausführungsbeispiels ist ein Hochbeschleunigungsanlasser, wobei eine unbelastete Drehgeschwindigkeit desselben auf nahezu eine Leerlaufgeschwindigkeit einer Maschine erhöht werden kann, und derselbe weist, wie in 1 gezeigt ist, einen Motor 2, eine Ausgangswelle 3, die durch den Motor 2 angetrieben ist, ein Ritzel 4, das entlang der Ausgangswelle 3 vorgesehen ist, eine elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 und so weiter auf.
Der Motor 2 ist ein Kommutatormotor, der ein Feldelement 6, das konfiguriert ist, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, einen Anker 7, der auf einer inneren Peripherie des Feldelements 6 mit einem Zwischenraum zwischen einer äußeren Peripherie des Ankers 7 und der inneren Peripherie des Feldelements 6 drehend getragen ist und einen Kommutator 7 auf einer Achse des Ankers 7 aufweist, und Bürsten 8 (siehe 3), die konfiguriert sind, um auf der äußeren Peripherie des Kommutators zu gleiten, sowie sich der Anker 7 dreht, aufweist. Das Feldelement 6, das in 1 gezeigt ist, ist ein Elektromagnetfeld, das konfiguriert ist, um durch eine Speisung einer Feldwicklung 6a einen Elektromagneten zu bilden. Das Feldelement 6 kann alternativ ein Permanentmagnetfeld sein.
Die Ausgangswelle 3 ist koaxial durch eine Kupplung 9 zu einer Ankerachse 7a angeordnet, sodass eine Drehung der Ankerachse 7a über die Kupplung 9 zu der Ausgangswelle 3 übertragen werden kann, was ermöglicht, dass sich die Ausgangswelle 3 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Ankerachse 7a dreht. Die Kupplung 9 ist eine Einwegrollen- bzw. Rollenfreilauf-Kupplung nicht nur zum Übertragen der Drehung von der Ankerachse 7a zu der Ausgangswelle 3, sondern ferner zum Unterbrechen einer Übertragung eines Drehmoments von der Ausgangswelle 3 zu der Ankerachse 7a.
Das Ritzel 4 ist an eine äußere Peripherie eines Ritzelrohrs 10 gerade keilgenutet und wird durch eine Ritzelfeder 11 zu einem distalen Ende des Ritzelrohrs 10 gedrängt (zum Beispiel in der Rechts-nach-links-Richtung von 1). Das Ritzelrohr 10 ist an eine äußere Peripherie der Ausgangswelle 3 schraubenförmig keilgenutet, um in der Lage zu sein, sich mit dem Ritzel 4 auf der Ausgangswelle 3 einstückig axial zu bewegen. Ein Ritzelanschlag 12 ist an dem distalen Ende des Ritzelrohrs 10 zum Einschränken der Bewegung des Ritzels 4, das durch die Ritzelfeder 11 gedrängt wird, vorgesehen.
Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 ist nun unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 weist zwei Solenoide SL1, SL2 auf. Die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 ist konfiguriert, um durch einen Betrieb der Solenoide SL1 und SL2 erste und zweite Schalter (die später beschrieben sind) zu schließen und das Ritzel 4 in der Richtung weg von dem Motor (zum Beispiel in der Rechts-nach-links-Richtung von 1) über einen Hebel 13 zu drücken.
Die Solenoide SL1, SL2 weisen einen gemeinsam verwendeten Rahmen 14, der ferner als ein Teil einer magnetischen Schaltung dient, die ersten und zweiten Spulen 15, 16, die parallel zueinander innerhalb des Rahmens 14 angeordnet sind, erste und zweite Tauchkolben 17, 18, die auf inneren Peripherien der jeweiligen Spulen 15, 15 axial beweglich sind, und so weiter auf. Anderen Elementen als den Solenoiden 15, 16 und den Tauchkolben 17, 18, die die gleichen Funktionen haben, sind die gleichen Ziffern zugewiesen.
Der Rahmen 14 ist mit einem Boden versehen und zylindrisch geformt, wobei ein Ende offen und das andere Ende durch einen Harzdeckel 19 geschlossen ist. Der Boden des Rahmens 14 hat zwei kreisförmige Öffnungen, sodass die ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 durch die jeweiligen Öffnungen axial beweglich sind. Der Harzdeckel 19 hat darin eine Kontaktkammer. Der erste und zweite Schalter sind in der Kontaktkammer angeordnet. Wie in 3 gezeigt ist, ist die erste Spule 15 an einem Ende mit einem ersten beweglichen Kontakt 34 und an dem anderen Ende mit Masse elektrisch verbunden.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die zweite Spule 16 an einem Ende mit einem Speisungsanschluss 20 und an dem anderen Ende mit Masse elektrisch verbunden. Der Speisungsanschluss 20 ist über eine Startschaltung, die ein Anlasserrelais 21 aufweist, mit einer Batterie 22 elektrisch verbunden. Wenn das Anlasserrelais 21 eingeschaltet ist, wird von der Batterie 22 mit einem Erregungsstrom versorgt.
Die ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18, wie in 2 gezeigt ist, sind jeweils einem ersten stationären Kern 23 axial zugewandt angeordnet und werden durch Rückstellfedern 24 in eine Richtung weg von dem stationären Kern (zum Beispiel in der Rechts-nach-links-Richtung von 1) gedrängt. Der erste stationäre Kern 23 ist mit einem zweiten stationären Kern 25, der auf der zu den ersten Spulen 15, 16 gegenüberliegenden Seite des ersten stationären Kerns 23 angeordnet ist, einstückig vorgesehen.
Jeder der ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 hat auf der axial weg von dem stationären Kern liegenden Seite desselben eine zylindrische Bohrung, wobei in die Bohrung ein Stab 26 eingeführt ist. Endabschnitte der Stäbe 26 der jeweiligen ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18, die aus den jeweiligen zylindrischen Bohrungen vorstehen, sind mit einer Verbindungsplatte 27 verbunden. In jeder der zylindrischen Bohrungen der jeweiligen ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 ist an einer äußeren Peripherie des Stabs 26 zum Speichern einer Reaktionskraft zum Drücken des Ritzels 4 gegen den Zahnkranz 28 der Maschine, wenn die ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 durch den Elektromagneten angezogen werden, um sich zu bewegen, eine Treibfeder 29 vorgesehen.
Die Rückstellfeder 24 ist an der äußeren Peripherie eines Abschnitts von jedem der ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18, der von dem Boden des Rahmens 14 vorsteht und sich zwischen der Verbindungsplatte 27 und dem Boden des Rahmens 14 erstreckt, vorgesehen.
Ein Fügeabschnitt 30 ist an einem Mittelabschnitt der Verbindungsplatte 27 fest gemacht. Der Fügeabschnitt 30 und die Ritzelrohre 10 sind durch den Hebel 13 (siehe 1) verbunden.
Ein erster Schalter weist ein Paar von ersten stationären Kontakten 33, die entlang eines Speisungswegs für den Motor 2 über zwei Anschlussbolzen 31, 32, die an dem Harzdeckel 19 befestigt sind, elektrisch verbunden sind, und den ersten beweglichen Kontakt 34 zum Verbinden und Trennen zwischen dem Paar von ersten stationären Kontakten 33 auf. Der Speisungsweg für den Motor 2 bezieht sich auf eine Leistungsversorgungsleitung zum Versorgen des Motors 2 von der Batterie 22 mit einer elektrischen Leistung.
Die zwei Anschlussbolzen 31, 32 weisen, wie in 3 gezeigt ist, einen B-Anschlussbolzen 31, der über ein Kabel 35 mit der Batterie 22 elektrisch verbunden ist, und einen M-Anschlussbolzen 32, der über eine Motorzuleitung 36 mit der Feldwicklung 6a des Motors 2 oder mit einer positiven Bürste 8 elektrisch verbunden ist, auf.
Das Paar der ersten stationären Kontakte 33 ist durch beispielsweise kohlenstoffbasierte Widerstände, die einen Widerstand, der annähernd gleich demselben der Bürste 8 des Motors 2 ist, haben, gebildet. Wie in 3 gezeigt ist, ist einer der ersten stationären Kontakte 33 über einen Zuleitungsdraht 37 mit dem B-Anschlussbolzen 31 elektrisch verbunden, und der andere der ersten stationären Kontakte 33 ist über einen Zuleitungsdraht 38 mit dem M-Anschlussbolzen 32 elektrisch verbunden. Die ersten stationären Kontakte 33 sind in jeweiligen zylindrischen Halterabschnitten, die in die Kontaktkammer des Harzdeckels 19 vorspringen, aufgenommen, sodass die ersten stationären Kontakte 33 eine vorbestimmte Strecke axial beweglich sind. Wie in 2 gezeigt ist, sind Kontaktfedern 39 in den jeweiligen Halterabschnitten des Harzdeckels 19 zum Drängen der jeweiligen stationären Kontakte 33 gegen den ersten beweglichen Kontakt 34 vorgesehen. Kontaktflächen einer Seite weg von der Feder der jeweiligen ersten stationären Kontakte 33, die aus den Halterabschnitten vorstehen, sind zusätzlich mit der Anschlagsoberfläche 14 stationär in Berührung.
Ein zweiter Schalter weist, wie in 3 gezeigt ist, ein Paar von zweiten stationären Kontakten 41, die entlang des Speisungswegs für den Motor 2 zu dem Paar von ersten stationären Kontakten 33 elektrisch parallel geschaltet sind, und einen zweiten beweglichen Kontakt 42 zum Verbinden und Trennen zwischen dem Paar von zweiten stationären Kontakten 41 auf. Der erste bewegliche Kontakt 34 und der zweite bewegliche Kontakt 42 sind, wie in 2 gezeigt ist, unterschiedliche Abschnitte der gleichen Kontaktplatte und an Tauchkolbenstäben 43, die an den ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 über jeweilige isolierende Glieder 44 jeweils fixiert sind, fest gemacht. Das heißt, ein Mittelabschnitt der Kontaktplatte, der zu dem Paar von ersten stationären Kontakten 33 gewandt ist, wird als der erste bewegliche Kontakt 34 verwendet. Beide Endabschnitte der Kontaktplatte, die zu dem Paar von zweiten stationären Kontakte 41 gewandt sind, werden als der zweite bewegliche Kontakt 42 verwendet. Der erste bewegliche Kontakt 34 und der zweite bewegliche Kontakt 42 werden durch jeweilige Kontaktfedern 45 gegen Unterlegscheiben 46 gedrängt, die an jeweiligen Endabschnitten der Tauchstäbe 43 festgemacht sind, um zu verhindern, dass der erste bewegliche Kontakt 34 und der zweite bewegliche Kontakt 42 von den Tauchstäben 43 abgezogen werden.
Die Kontaktplatte, die die ersten und zweiten beweglichen Kontakte 34, 42 bildet, und die zweiten stationären Kontakte 41 sind jeweils eine metallische Platte (zum Beispiel Kupfer oder eine Kupferlegierung) einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als die ersten stationären Kontakte 33.
Für die ersten und zweiten Schalter ist ein Abstand zwischen dem Paar von zweiten stationären Kontakten 41 und dem zweiten beweglichen Kontakt 42 größer als ein Abstand zwischen dem Paar von ersten stationären Kontakten 33 und dem ersten beweglichen Kontakt 34. Das heißt, wenn das Anlasserrelais 21 eingeschaltet wird und die zweite Spule 16 dadurch erregt wird, dass der erste Tauchkolben 17 und der zweite Tauchkolben 18 gleichzeitig in die jeweiligen Spulen 15, 16 derselben gezogen werden, was ermöglicht, dass der erste Schalter früher als der zweite Schalter geschlossen wird. Einer der Anschlüsse der ersten Spule 15 ist zusätzlich mit dem ersten beweglichen Kontakt 34 elektrisch verbunden. Wenn der erste bewegliche Kontakt 34 das Paar von ersten stationären Kontakten 33 berührt, und der erste Schalter dadurch geschlossen wird, wird ermöglicht, dass ein Erregungsstrom über den B-Anschlussbolzen 31 fließt. Das heißt, wenn der erste Schalter geschlossen wird und dadurch die erste Spule 15 gespeist wird, dass der erste Tauchkolben 17 und der zweite Tauchkolben 18 in die jeweiligen Spulen 15, 16 derselben durch Tauchkolbenanziehungskräfte, die durch eine Speisung der ersten Spule 15 und der zweiten Spule 16 erzeugt werden, weiter gezogen werden, was ermöglicht, dass der zweite Schalter geschlossen wird. Die Tauchkolbenanziehungskraft, die durch eine Speisung der ersten Spule 15 erzeugt wird, ist auf weniger als eine eingestellte Last der Kontaktfedern 39 oder der Treibfedern 29 eingestellt.
Der Betrieb des Anlassers 1 ist nun erläutert.
Wenn das Anlasserrelais 21 eingeschaltet wird und dadurch die zweite Spule 16 von der Batterie 22 mit einem Erregungsstrom versorgt wird, werden der erste Tauchkolben 17 und der zweite Tauchkolben 18 gleichzeitig durch die Tauchkolbenanziehungskraft, die durch die zweite Spule 16 erzeugt wird, in die jeweiligen Spulen 15, 16 derselben gezogen. Sowie sich der erste Tauchkolben 17 und der zweite Tauchkolben 18 bewegen, wird das Ritzel 4 über den Hebel 13 in der axialen Richtung weg von dem Motor entlang der Ausgangswelle 3 gedrückt. Wenn das Ritzel 4 und der Zahnkranz 28 aus der Einrückphase sind, grenzen axiale Endflächen von Zähnen des Ritzels 4 und axiale Endflächen von Zähnen des Zahnkranzes 28 aneinander an, was verursacht, dass eine axiale Bewegung des Ritzels 4 beendet wird. Sowie sich der erste und zweite Tauchkolben 17, 18, nachdem die Bewegung des Ritzes 4 beendet wurde, weiter bewegen, wird die Ritzelfeder 11 gebogen, und das Ritzelrohr 10 wird zu dem Zahnkranz 28 gedrückt, während sich dasselbe entlang der schraubenförmigen Nut auf der Ausgangswelle 3 dreht. Wenn das Ritzel 4 und der Zahnkranz 28 während der Drehung des Ritzelrohrs 10 in der Einrückphase miteinander übereinstimmen, rücken das Ritzel 4 und der Zahnkranz 28 unter dem Einfluss der reaktiven Kräfte der Ritzelfeder 11 und der Treibfedern 29 erfolgreich miteinander ein.
Wenn der erste Schalter im Wesentlichen zu der gleichen Zeit geschlossen wird, zu der das Ritzel 4 und der Zahnkranz 28 miteinander erfolgreich einrücken, vorzugsweise in dem Moment, in dem das Ritzel 4 an den Zahnkranz 28 angrenzt, wird ein Speisungsweg (auf den im Folgenden als ein erster Speisungsweg Bezug genommen ist) durch Versorgen des Motors 2 über den ersten Schalter mit einer elektrischen Leistung von der Batterie 22 gebildet. Eine Nennspannung der Batterie 22 wird durch das Paar von ersten stationären Kontakten 33, die Widerstände sind, abgespannt, und die abgespannte Spannung wird an den Motor 2 angelegt. Dies ermöglicht, dass der Motor 2 damit startet, sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit zu drehen. Die Drehung des Motors 2 wird zu der Kupplung 9, der Ausgangswelle 3, dem Ritzelrohr 10 und dem Ritzel 4 in dieser Reihenfolge übertragen. Die Niedergeschwindigkeitsdrehung des Ritzels 4 ermöglicht, dass sich der Zahnkranz 28 mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht.
Wenn der erste Schalter geschlossen ist, fließt der Erregungsstrom durch den B-Anschlussbolzen 31, den ersten Schalter und die Spule 15 in dieser Reihenfolge, was verursacht, dass Tauchkolbenanziehungskräfte in sowohl der zweiten Spule 16 (die bereits erregt ist) als auch der ersten Spule 15 erzeugt werden. Wenn die ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 in die jeweiligen Spulen derselben weiter gezogen werden, wird der zweite Schalter geschlossen, was ermöglicht, dass ein Speisungsweg (auf den im Folgenden als ein zweiter Speisungsweg Bezug genommen ist) zum Umgehen des Paars von ersten stationären Kontakten (hier Widerständen) 33 gebildet wird. Dies ermöglicht, dass die Nennspannung der Batterie 22 an den Motor 2 angelegt wird, ohne abgespannt zu werden, was ermöglicht, dass sich der Motor 2 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. Die Hochgeschwindigkeitsdrehung des Ritzels 4 wird von dem Ritzel 4 zu dem Zahnkranz 28 übertragen, was ermöglicht, dass die Maschine mit der hohen Geschwindigkeit gestartet wird.
(Vorteile)
Wenn der Hochgeschwindigkeitsanlasser 1 die Maschine in dem aufgewärmten Zustand startet, kann das Drehmoment des Motors 2 weiter von dem Ritzel 4 an den Zahnkranz 28 bis mindestens zu dem zweiten Kompressionstakt angelegt werden, selbst wenn die Maschinengeschwindigkeit variiert. Das heißt, eine relative periphere Geschwindigkeit des Zahnkranzes 28 und des Ritzels 4 kann null sein. Dies kann zu einem reduzierten Stoß zwischen dem Ritzel 4 und dem Zahnkranz 28 führen, ohne den übermäßigen Stoß, der während eines Kurbelns der Maschine wie bei dem herkömmlichen Anlasser auftritt, was eine Beanspruchung des Anlassertreibers reduzieren kann, wodurch ein Auftreten eines Geräuschs, das durch den Stoß verursacht wird, verhindert wird.
Selbst bei einer Verwendung eines Hochbeschleunigungsanlassers als der Anlasser 1 ermöglicht ein früheres Schließen des ersten Schalters als des zweiten Schalters, dass die Drehgeschwindigkeit des Ritzels 4 beschränkt wird, was den Stoß reduzieren kann, der beim Einrücken des Ritzels 4 mit dem Zahnkranz 28 auftritt, und eine ausreichende Eingriffstiefe sicherstellen kann, ohne ein Ausrücken von Zähnen zwischen dem Ritzel 4 und dem Zahnkranz 28 zu verursachen.
Die Drehgeschwindigkeit des Ritzels 4 kann tatsächlich durch eine physische Einrichtung von einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel 4 an den Zahnkranz 28 angrenzt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel 4 mit dem Zahnkranz 28 einrückt, beschränkt werden, was jedoch zu größeren Lasten für die Batterie 22 mit zugeordneten Energieverlusten führt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist im Gegensatz dazu der Anlasser 1 eine eine Drehung beschränkende Einrichtung auf, die konfiguriert ist, um die Drehung (das heißt die Drehgeschwindigkeit) des Ritzels 4 mindestens von einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel 4 an den Zahnkranz 28 angrenzt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel 4 mit dem Zahnkranz 28 einrückt, zu beschränken, indem der Aktivierungsstrom des Motors 2 beschränkt wird, was Energieverluste reduzieren und die Batterielasten reduzieren kann. Das heißt, die eine Drehung beschränkende Einrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine einen Strom beschränkende Einrichtung zum Beschränken des Aktivierungsstroms des Motors 2, wodurch die Drehung des Ritzels 4 beschränkt wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist jeder der ersten stationären Kontakte 33 aus dem kohlenstoffbasierten Widerstand zum Beschränken des Aktivierungsstroms des Motors 2 gebildet. Dies kann ein Schweißen oder ein Kontaktkleben der Kontakte 33, 34, das auftreten kann, wenn der erste Schalter geschlossen wird, verhindern. Dies kann zusätzlich eine Notwendigkeit zusätzlicher Widerstände außer den ersten stationären Kontakten 33, die entlang des ersten Speisungswegs vorzusehen sind, eliminieren, was den ersten Speisungsweg vereinfachen kann.
Bei der elektromagnetischen Solenoidvorrichtung 5 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist einer der Anschlüsse der ersten Spule 15 mit dem ersten beweglichen Kontakt 34 elektrisch verbunden, was zu einem einzelnen Speisungsanschluss 20 führen kann. Dies kann somit eine Notwendigkeit von zusätzlichen anderen Speisungsanschlüssen als dem Speisungsanschluss 20 eliminieren. Die erste Spule 15 wird zusätzlich durch Schließen des ersten Schalters erregt, was eine Notwendigkeit einer elektronischen Steuereinheit (ECU; ECU = electronic control unit) oder dergleichen eliminieren kann, um elektrisch zu steuern, warm die erste Spule 15 gespeist wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Abstand zwischen Kontakten des zweiten Schalters, das heißt ein Abstand zwischen dem Paar von zweiten stationären Kontakten 41 und dem zweiten beweglichen Kontakt 42, auf größer als ein Abstand zwischen Kontakten des ersten Schalters, das heißt ein Abstand zwischen dem Paar von ersten stationären Kontakten 33 und dem ersten beweglichen Kontakt 34, eingestellt. Dies ermöglicht zuverlässig, dass der erste Schalter früher als der zweite Schalter geschlossen wird. Eine Verzögerungszeit von einem Zeitpunkt, zu dem der erste Schalter geschlossen wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Schalter geschlossen wird, kann zusätzlich durch Ändern des Abstands zwischen Kontakten des ersten Schalters und des Abstands zwischen Kontakten des zweiten Schalters geeignet eingestellt werden. Das Zeitintervall, in dem das Ritzel mit einer niedrigen Geschwindigkeit gedreht wird, wird mit einer sich erhöhenden Verzögerungszeit erhöht, was ermöglicht, dass das Ritzel 4 mit dem Zahnkranz 28 zuverlässig einrückt.
Die Tauchkolbenanziehungskraft, die durch eine Speisung der zweiten Spule 16 erzeugt wird, der eine Speisung der ersten Spule 15 folgt, ist auf weniger als eine eingestellte Last der Kontaktfeder 39 oder der Treibfeder 29 eingestellt. Dies ermöglicht, dass eine axiale Bewegung der ersten und zweiten Tauchkolben 17, 18 vorübergehend beendet wird, wodurch die Verzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem der erste Schalter geschlossen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Schalter geschlossen wird, erhöht wird.
Betreffend die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 des ersten Ausführungsbeispiels sind die ersten und zweiten Spulen 15, 16 in dem einzelnen Rahmen 14 platziert. Das heißt, die ersten und zweiten Spulen 15, 16 verwenden den Rahmen 14 gemeinsam. Da der Rahmen 14 als ein Teil der magnetischen Schaltung dient, werden die Spulen 15, 16 in jeweiligen Rahmen gemeinsam platziert. In Anbetracht eines Anbringungsraums für den Anlasser ist es wünschenswert, Abmessungen des Anlassers zu minimieren. Zu diesem Zweck wurde ausgedacht, wie die ersten und zweiten Spulen 15, 16 zu wickeln sind. Die ersten und zweiten Spulen 15, 16 werden beispielsweise in entgegengesetzten Richtungen gewickelt, um die magnetische Sättigung zu eliminieren, was ermöglicht, dass die ersten und zweiten Spulen 15, 16 den einzelnen Rahmen 14 gemeinsam verwenden.
Der Anlasser 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist konfiguriert, derart, dass sich das Ritzel 4 axial alleine entlang der Ausgangswelle 3 bewegt. Das heißt, die Kupplung 9 bewegt sich nicht einstückig mit dem Ritzel 4. Dies kann Gewichte von beweglichen Komponenten (des Ritzels 4 und des Ritzelrohrs 10) verglichen mit einem Anlasser, der konfiguriert ist, derart, dass sich die Kupplung 9 mit dem Ritzel 4 einstückig bewegt, reduzieren, wodurch die elektromagnetische Solenoidvorrichtung 5 verkleinert wird. Die Reduktion des Gewichts von beweglichen Komponenten kann zusätzlich die Eingriffstiefe des Ritzels 4 und des Zahnkranzes 28 erhöhen. Die Einwegkupplung 9 ist ferner zwischen der Ankerachse 7a und der Ausgangswelle 3 angeordnet, was ermöglicht, dass die Maschine selbst vor einem vollständigen Abschalten der Maschine nach einer Beendigung der Kraftstoffeinspritzung in die Maschine über den Maschinenleerlaufstopp (während eines Freilaufens des Zahnkranzes 28), neu gestartet wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nun erläutert, wobei lediglich Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert sind. Elementen, die die gleichen Funktionen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel haben, sind die gleichen Ziffern zugewiesen und diese sind für eine Kürze nicht wieder beschrieben.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Sowie sich eine unbelastete Drehgeschwindigkeit des Gleichstrom-(DC–; DC = direct-current)Motors 2, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, erhöht, verringert sich allgemein ein Drehmoment, das in dem Motor 2 erzeugt wird. Es besteht daher eine Notwendigkeit, das Drehmoment, das in dem Motor 2 des Hochbeschleunigungsanlassers 1, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, erzeugt wird, zu erhöhen.
Ein Motor 2 des zweiten Ausführungsbeispiels weist, wie in 4 gezeigt ist, ein Feldelement 6, das ein Wicklungsfeld, das aus einem Feldeisenkern 6b und einer Feldwicklung 6a um den Feldeisenkern 6b gebildet ist, ist, und einen Anker 7, der aus einem Ankereisenkern 7b und einer Ankerwellenwicklung 7e um den Ankereisenkern 7b gebildet ist, auf.
Die Feldwicklung 6a ist eine Hochkantwicklung eines rechtwinkligen Drahts mit einem rechtwinkligen Querschnitt. Der Motor 2 weist ferner mehrere eine magnetomotorische Kraft erzeugende Abschnitte 47 zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft jeweils zwischen einem jeweiligen Paar von umfangsmäßig benachbarten Feldpolen auf. Jeder eine magnetomotorische Kraft erzeugende Abschnitt 47 ist aus einem Permanentmagnet oder dergleichen gebildet.
Der Ankereisenkern 7b weist jeweils zwischen einem jeweiligen Paar von umfangsmäßig benachbarten Nuten 7c Zähne 7d auf, wobei jeder Zahn 7d entlang einer radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußeren Peripherie des Ankereisenkerns 7b eine konstante Umfangsbreite hat. Jede Nut 7c hat mit anderen Worten eine Öffnungsbreite, die sich entlang der radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußeren Peripherie des Ankereisenkerns 7b allmählich erhöht.
In jede Nut 7c sind mehrere Segmente der Ankerwicklung 7e, die der Nut 7c entsprechen, eingeführt, wobei diese Segmente eine unterschiedliche Form haben, wobei genauer gesagt jedes Segment eine Breite in der Umfangsrichtung des Ankereisenkerns 7b hat, derart, dass das Segment in die Nut 7c gepasst werden kann.
In dem Fall jeder Nut 7c, die entlang der radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußeren Peripherie des Ankereisenkerns 7b eine konstante Öffnungsbreite hat, erhöht sich die Umfangsbreite jedes Zahns 7d allmählich entlang der radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußeren Peripherie des Ankereisenkerns 7b. In einem solchen Fall kann sich ein magnetischer Fluss, der durch jeden Zahn 7d geht, auf der Seite der inneren Peripherie des Zahns 7d sättigen, was zu keinem adäquaten Verhalten führt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben im Gegensatz dazu Segmente der Ankerwicklung 7e, die in jede Nut 7c gepasst sind, eine unterschiedliche Form, sodass jeder Zahn 7d entlang der radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußern Peripherie des Ankereisenkerns 7b eine konstante Umfangsbreite hat. Dies kann die Sättigung eines magnetischen Flusses eliminieren, wodurch das Verhalten verbessert wird.
Die mehreren Segmente der Ankerwicklung 7e in jeder Nut 7c haben zusätzlich den gleichen Querschnittbereich. Dies ermöglicht, dass die Ankerwicklung 7e aus dem gleichen Ausgangsmaterial hergestellt wird, obwohl die Segmente der Ankerwicklung 7e, die in jede Nut 7c gepasst sind, eine unterschiedliche Form haben.
(Modifikationen)
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist jeder der ersten stationären Kontakte 33 aus dem kohlenstoffbasierten Widerstand gebildet. Ein Widerstand kann alternativ zwischen einen der ersten stationären Kontakte 33 und den B-Anschlussbolzen 31 oder zwischen den anderen der ersten stationären Kontakte 33 und den M-Anschlussbolzen 32 elektrisch geschaltet sein. Wie die zweiten stationären Kontakte 41 können die ersten stationären Kontakte 33 aus einem Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit (zum Beispiel Kupfer oder einer Kupferlegierung) hergestellt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-257482 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zum Starten einer Maschine, mit: einem Motor (2); einer Ausgangswelle (3), die durch den Motor angetrieben ist; einem Ritzel (4), das entlang der Ausgangswelle vorgesehen ist; und einer elektromagnetischen Solenoidvorrichtung (5), die konfiguriert ist, um das Ritzel (4) axial zu einem Zahnkranz (28) der Maschine zu drücken, um das Ritzel mit dem Zahnkranz einzurücken, und eine Drehkraft, die durch eine Speisung des Motors (2) erzeugt wird, von dem Ritzel (4) zu dem Zahnkranz (28) zu übertragen, wodurch die Maschine gestartet wird, wobei auf die Drehkraft als ein Motordrehmoment Bezug genommen ist, wobei beim Starten der Maschine in einem aufgewärmten Zustand derselben das Motordrehmoment von dem Ritzel (4) an den Zahnkranz (28) bis zu mindestens einem zweiten Kompressionstakt weiter angelegt werden kann, selbst wenn eine Maschinengeschwindigkeit variiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit ferner einer eine Drehung beschränkenden Einrichtung zum Beschränken einer Drehung des Ritzels (4), wobei die eine Drehung beschränkende Einrichtung konfiguriert ist, um die Drehung des Ritzels (4) mindestens von einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel (4) an den Zahnkranz (28) angrenzt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel (4) mit dem Zahnkranz (28) einrückt, zu beschränken.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der die eine Drehung beschränkende Einrichtung eine einen Strom beschränkende Einrichtung zum Beschränken eines Aktivierungsstroms des Motors (2) aufweist, wodurch die Drehung des Ritzels (4) beschränkt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der die einen Strom beschränkende Einrichtung mindestens einen Widerstand aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der der mindestens eine Widerstand kohlenstoffbasiert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, mit ferner: einem ersten Schalter (33, 34), der konfiguriert ist, um einen ersten Speisungsweg zum Speisen des Motors (2) zu schließen und zu öffnen, wobei der erste Speisungsweg durch den mindestens einen Widerstand geht; und einem zweiten Schalter (41, 42), der konfiguriert ist, um einen zweiten Speisungsweg zum Speisen des Motors (2) zu schließen und zu öffnen, wobei der zweite Speisungsweg den mindestens einen Widerstand umgeht; wobei die elektromagnetische Solenoidvorrichtung (5) konfiguriert ist, um den ersten Schalter beim Starten der Maschine zu schließen, und den zweiten Schalter nach einem Schließen des ersten Schalters zu schließen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, bei der die elektromagnetische Solenoidvorrichtung (5) folgende Merkmale aufweist: eine zweite Spule (16) zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft, um den ersten Schalter zu schließen; und eine erste Spule (15) zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft, um den zweiten Schalter in Kombination mit der elektromagnetischen Kraft, die durch die zweite Spule (16) erzeugt wird, zu schließen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei der die erste Spule (15) über den ersten Schalter mit einem Erregungsstrom versorgt wird, nachdem der erste Schalter durch eine Speisung der zweiten Spule (16) geschlossen wurde.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei der die erste Spule (15) und die zweite Spule (16) in einem einzelnen Rahmen (14) platziert sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die erste Spule (15) und die zweite Spule (16) parallel zueinander axial angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die elektromagnetische Solenoidvorrichtung (5) einen ersten Tauchkolben (17), der auf einer inneren Peripherie der ersten Spule (15) axial beweglich ist, und einen zweiten Tauchkolben (18), der auf einer inneren Peripherie der zweiten Spule (16) axial beweglich ist, aufweist, wobei die ersten und zweiten Tauchkolben verbunden sind, um miteinander einstückig beweglich zu sein, der erste Schalter ein Paar von ersten stationären Kontakten (33), die entlang des ersten Speisungswegs elektrisch verbunden sind und angeordnet sind, um eine vorbestimmte Strecke axial beweglich zu sein, und einen ersten beweglichen Kontakt (34) zum Verbinden und Trennen zwischen dem Paar von ersten stationären Kontakten (33) zusammen mit einer Bewegung des ersten Tauchkolbens (17) aufweist, der zweite Schalter ein Paar von zweiten stationären Kontakten (41), die entlang des zweiten Speisungswegs elektrisch verbunden sind, und einen zweiten beweglichen Kontakt (42) zum Verbinden und Trennen zwischen dem Paar von zweiten stationären Kontakten (41) zusammen mit einer Bewegung des zweiten Tauchkolbens (18) aufweist, der erste bewegliche Kontakt (34) und der zweite bewegliche Kontakt (42) zusammen ein einzelnes Kontaktglied bilden, und ein Abstand zwischen dem Paar von ersten stationären Kontakten (33) und dem ersten beweglichen Kontakt (34) auf weniger als ein Abstand zwischen dem Paar von zweiten stationären Kontakten (41) und dem zweiten beweglichen Kontakt (42) eingestellt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, bei der die elektromagnetische Solenoidvorrichtung (5) ferner Kontaktfedern (39) zum Drängen der jeweiligen stationären Kontakte (33) gegen den ersten beweglichen Kontakt (34) und Treibfedern (29) zum Speichern von Reaktionskräften, um das Ritzel (4) mit dem Zahnkranz (28) einzurücken, aufweist, und eine Tauchkolbenanziehungskraft, die durch eine Speisung der zweiten Spule (16) erzeugt wird, weniger als eine eingestellte Last der Kontaktfeder (39) oder der Treibfeder (29) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, bei der jeder des Paars von ersten stationären Kontakten (33) den Widerstand aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Motor (2) einen Anker (7), der aus einem Ankereisenkern (7b) und einer Ankerwicklung (7e), die in mehreren Nuten (7c) des Ankereisenkerns gewickelt ist, gebildet ist, aufweist, und der Ankereisenkern (7b) jeweils zwischen einem jeweiligen Paar von umfangsmäßig benachbarten Nuten (7c) mehrere Zähne (7d) aufweist, wobei jeder Zahn (7d) entlang einer radialen Richtung von der inneren Peripherie zu der äußeren Peripherie des Ankereisenkerns (7b) eine konstante Umfangsbreite hat, und in jede der Nuten (7c) mehrere Segmente der Ankerwicklung (7e) eingeführt sind, wobei diese Segmente eine unterschiedliche Form haben.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, bei der die mehreren Segmente der Ankerwicklung (7e), die in jede der Nuten (7c) eingeführt sind, den gleichen Querschnittbereich haben.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, bei der die Ankerwicklung (7e) eine Wellenwicklung ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der der Motor (2) ein Feldelement (6) aufweist, das ein Wicklungsfeld, das aus einem Feldeisenkern (6b) und einer Feldwicklung (6a), die um den Feldeisenkern (6b) gewickelt ist, gebildet ist, ist, wobei der Feldeisenkern (6b) auf einer inneren Peripherie eines Jochs eine magnetische Schaltung bildend angeordnet ist, wobei die Feldwicklung (6a) einen rechtwinkligen Querschnitt hat.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, bei der die Feldwicklung (6a) hochkant um den Feldeisenkern (6b) gewickelt ist.
Vorrichtung (1) nach 17 oder 18, bei der das Feldelement (6) des Motors (2) eine magnetomotorische Kraft erzeugende Abschnitte (47) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft jeweils zwischen einem jeweiligen Paar von umfangsmäßig benachbarten Feldpolen aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der das Ritzel (4) an eine äußere Peripherie der Ausgangswelle (3), die durch den Motor (2) angetrieben ist, schraubenförmig keilgenutet ist, sodass das Ritzel (4) durch einen Betrieb der elektromagnetischen Solenoidvorrichtung (5) alleine hin zu dem Zahnkranz (28) axial gedrückt werden kann.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, mit ferner einer Einwegkupplung (9), die zwischen einer Ankerachse (7a) des Motors (2) und der Ausgangswelle (3) angeordnet ist.