JP2004218627A - 内燃機関用スタータ - Google Patents
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Abstract
【課題】始動時初期の高トルクから終盤の高回転で内燃機関を駆動できるのでコストアップなしで環境に優しいスタータを提供すること。
【解決手段】可動カムプレート32の内周テーパー部32bはクラッチ10の外カム10bの外周部10aに押しつけられ外カム10bとインターナルギヤー20cは一体となり同一回転数で回る。そうすると遊星減速の原理により太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、腕部は同一回転言い換えれば減速比1の状態になる。また、可動カムプレート32の外周テーパー部32aはハウジング9のテーパー部9aに圧接されインターナルギヤーは回転不能に固定される。その結果は一般的な遊星減速と同じ状態となり高減速比になる。
【選択図】 図1
【解決手段】可動カムプレート32の内周テーパー部32bはクラッチ10の外カム10bの外周部10aに押しつけられ外カム10bとインターナルギヤー20cは一体となり同一回転数で回る。そうすると遊星減速の原理により太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、腕部は同一回転言い換えれば減速比1の状態になる。また、可動カムプレート32の外周テーパー部32aはハウジング9のテーパー部9aに圧接されインターナルギヤーは回転不能に固定される。その結果は一般的な遊星減速と同じ状態となり高減速比になる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に内燃機関を始動するための始動装置であるスタータであって、該スタータの出力特性に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年、環境問題への対応のためスタータへも小型でありながら高トルク、高回転の特性が求められている。一般的には内燃機関の始動のためにはその初期には高トルクが、初爆後には低トルク高回転が要求される。そのため基本的には直巻式が用いられてきたが、小型化のためにますますスタータの内部の減速比をあげてトルクを出す傾向がでてきた。これは初爆のときには有利になったが、結果として完爆以降の回転が得られにくい傾向になってきたことを意味する。最近はコストダウン、小型化のため磁石式(いわゆる分巻式に同じ)になってきたが、このためますます回転数が稼げない傾向になってきた。
【0003】
このため、図16に示したようにエンジンの低温時と高温時の両方に最適な減速比が得られない状態である。図16は、2kWスタータの場合に、種々の減速比におけるトルク−回転数の特性カーブを示すグラフである。これに対処するため現実には数種類の減速比を用意しておいて対応しているので標準化にもならない。最近ではエミッション低減のためにエンジン着火後(いわゆるスタータにとってはオーバラン状態)にスタータの回転数を上げたいという要求もあるが、これに対処するためにはスタータの体格をあげているのが現実である。たとえば始動だけなら1.4kW程度で良いものが2kWを使用してトルクと回転の両立をはかっている。これでは何のための小型軽量化か全くわからなくなってしまう。
【0004】
これに対処するために、スタータの内部減速比を多段に切り替えて高トルクと高回転の両立をはかる試みもある。特許文献1ではソレノイドの力で2段減速に切り替える案が提案されている。特許文献2では歯車で無段に変速する案が提案されている。しかしこれらの技術では、減速機構部が複雑で体格が大きくなってしまう不具合がある。
【0005】
すなわち、前者の案ではソレノイド部が大きくしかもそれを動かすため温度センサー等の特別な制御が必要である。後者の案では無段変速のためにモーター以上の体格の減速装置が必要である。このようにいずれの案も体格が大きくしかも複雑でありコストアップも大きい。これでは前記したように標準のスタータを1(または2)サイズアップして使った方がかえって小型でコストも少なく有利となる。このように可変速の案には、実用的な案がないのが現実である。なお、特許文献3、特許文献4に開示されるスタータも提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−153008号公報
【特許文献2】
特開昭63−195383号公報
【特許文献3】
特開2001−295865号公報
【特許文献4】
特開平10−115274号公報
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記問題を解決するため、通常スタータで使われる内歯歯車式遊星減速機構を使い可変減速を実現し、しかもその可変に複雑な制御機構を必要としないスタータを提供する。
【0008】
すなわち、通常の遊星減速機構はインターナルギヤーを固定して所定の減速比を得ているが、この固定を解除してたとえば遊星ギヤー軸(いわゆる腕部)と同じ回転数にすると減速せずにそのままの回転数がアウトプットされる。またインターナルギヤーと腕部をスベリ接触させると中間の減速比が出来ることに注目した。
【0009】
たとえば、1.8kWスタータで計算した例を述べる。図2に示したように腕部の回転(ピニオン回転に同じ)が0から約1000rpmの間はインターナルギヤーを固定し、約8000rpm以上では腕部とインターナル部を同じ回転にし、1000から8000rpmの間はその中間にする。そうすると、図1に示したように、図中AからBの間(回転数が低いとき)は高減速比7.9で、CからD(高回転時)は減速なし(減速比1)で、中間のBからCの間は減速比を徐々に7.9から1に変化させる。この結果、常に最高のトルクと回転が簡単に得られる。
【0010】
このような機構を用いることにより小型でコストアップのないスタータを実現することを目的としている。
【0011】
請求項1では、遊星歯車減速装置を設け、該遊星歯車減速装置の遊星歯車列を構成する要素の1つの回転を固定状態から解除状態の間で変化させることにより、構造が簡単でしかもスタータの寸法を変えることなく減速比を複数または無段に変化させることができ、始動時初期の高トルクから終盤の高回転で内燃機関を駆動できるのでコストアップなしで環境に優しいスタータとなる。
【0012】
請求項2では、内歯歯車を用いた遊星歯車列で行い、そのインターナルギヤーの回転を変化させることにより減速比を変えるのでより簡単、コストアップなしで可変減速を得られる。
【0013】
請求項3では、モーターのトルクまたは回転数の少なくとも一方の値の情報により要素(例えばインターナルギヤー)の回転変化を行うので、スタータの内部の情報(特性)で減速比を変化させることができる。よって、内燃機関(エンジン)、バッテリーの違い等の、外部の影響を考慮する必要がないので、特別なセンサーも必要なく、コストのかからない、しかも安定な減速比の変化が可能である。
【0014】
請求項4では、クランキング時、内燃機関初爆の時はインターナルギヤーを固定することにより高減速比状態を保ち、その後インターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸の回転数に等しいかまたはほぼ等しくすることにより減速比1の状態または低減速比状態にしてエンジンを駆動するので、よりエンジン負荷に対応した始動ができる。
【0015】
請求項5では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーを固定し、その後インターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸と同じにすることにより減速比を2段に切り変えるので構造が簡単でありながら従来の固定減速比のような特性より良い状態でエンジンを始動できる。
【0016】
請求項6では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーを固定し、最終的にはインターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸と同じにし、その中間ではインターナルギヤーをアーマチャまたは遊星ギヤー軸にすべり接触させることによりインターナルギヤーの回転数を徐々に変えることにより減速比を無段に変えるので、トルク反力の少ないインターナルギヤー部ですべり接触させしかも一瞬であるのでトルクロスが少なく、かつ構造が簡単でありながらエンジン始動時に必要な理想的な特性が得られる。
【0017】
請求項7では、低減速比状態はインターナルギヤーをクラッチに接触させるだけで実現できるので特別なスペースも必要なく、しかもコストも安い。なお、クラッチは、一般的なオーバーランクラッチでよい。
【0018】
請求項8では、モーターの最高出力時にモーターの回転数、トルク、電流または出力等の情報によりインターナルギヤーの固定を解除し低減速比に変えるので、その定格出力で得られる最高のTN特性が得られる。TN特性とは、トルク−回転数特性を指す。
【0019】
請求項9では、モーターのトルクのインターナルギヤー部での反力を感知して作動する部材によりインターナルギヤーの固定と解除を行うので、バッテリーの違い等に影響されることなく電流により一義的に定まるトルク(力)で制御できるので減速比の切り替えタイミングが容易にとれる。
【0020】
請求項10では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーをスタータの本体に直接または間接に固定し減速比を高い状態にし、クランキング後半はインターナルギヤーをクラッチに直接または間接に接触させることによりその回転数を遊星ギヤー軸とはほぼ同じにし(クラッチに同じ)て、減速比を1または低減速比状態にし、その切り替えをインターナルギヤー部のトルクを感知して行うようにしたので、高減速状態と低減速状態が、特別な部品をあまり作ることなく、大部分は既存部品と共通のままで出来るのでコストアップがない。
【0021】
請求項11では、固定カムプレートと可動カムプレートとボールによるカム機構でインターナルギヤーの固定と離脱を行い、しかもその一方はインターナルギヤー部と共用するので小型でしかもコストのかからない変速機構が得られる。
【0022】
請求項12では、可動カムプレートを固定カムプレート側へ近接または離隔させる状態にするために、モーターのトルクのインターナルギヤー部での反力と弾性部材のセット荷重の大小により作動させインターナルギヤーの固定と解除を行うので、切り換えの設定値を弾性部材の荷重を変えるだけで簡単に行え、所定の特性が容易に得られ、しかもコストがかからない。
【0023】
請求項13では、弾性部材のセット荷重をスタータの出力最大電流相当のトルクに相当する力にするので、その定格出力で得られる最高のTN(トルク、回転数)特性が得られなおかつコストがかからずに実現できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図3ないし図11に基づき説明する。
【0025】
20は遊星歯車減速装置としての内歯歯車を用いた内歯歯車式の遊星減速機構部であり太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、インターナルギヤー20cのギヤー部20e、遊星ギヤー軸20dにより構成されている。太陽ギヤー20aはアーマチャ1の軸1aに、遊星ギヤー軸20dはオーバーランニングクラッチ10の外カム10bにそれぞれ繋がっている。従って結果的にクラッチ10の外カム10bは遊星減速機構の腕部の役目を果たしている。
【0026】
30はカム機構部である。カム機構部30は、一方が軸方向不動に、他方が軸方向変位可能な状態に同軸状に対抗配設され、かつ互いの対抗面に一対の適当な数のカム溝31c、32cを有する一対の固定カムプレート31および可動カムプレート32と、両カムプレート31、32の一対のカム溝31c、32c間に転動可能に収納されるボール33と、可動カムプレート32を固定カムプレート31側に弾性付勢する弾性部材34とを有している。この実施例では、固定カムプレート31に4本のカム溝31cが形成され、可動カムプレート32にも4本のカム溝32cが形成されている。この結果、両カムプレート31、32間には、4対のカム溝が配置される。この実施例では、一対のカム溝に1個のボール33が配置される。この結果、カム機構部30は、4個のボール33を有する。可動カムプレート32の連結部32dは、筒部35の溝35dに挿入され、可動カムプレート32は軸方向移動可能、周方向移動不能状態になっている。この実施例では、溝35dは、6個であるが他の適当な数でもよい。部材35a、35bを別々に作っておき連結部32dと溝35dとを嵌装後適当な方法で一体化する。固定カムプレート31、可動カムプレート32、ボール33、および弾性部材34は、筒部35の両端の鍔部により一体的に固定されており、全体としてカム機構部30をなしている。
【0027】
上記の一方のカム溝に、少なくとも周方向一方へ向けて深さが浅くなる斜面が、また、上記の他方のカム溝に、少なくとも周方向他方へ向けて深さが浅くなる斜面が設けられており、両カム溝それぞれの最深位置の深さが、ボールの半径より小さい寸法に設定され、また両カム溝それぞれの最も浅い位置の深さがボールの抜け出しを阻止する寸法に設定されており、さらにこれらカム溝の寸法を、両カムプレートの相対的な回転に伴い両カム溝の最も深い位置にボールが位置することにより可動カムプレートを固定カムプレート側に近接させる状態に、また両カムプレートの相対的な回転に伴いカム溝の最も浅い位置にボールが位置することにより可動カムプレートを固定カムプレート側から離隔させる状態になるような寸法にしておく。この実施例では、カム溝31c、32cは、周方向の両側に向けて深さが一様に浅くなる斜面によって区画されている。カム溝31c、32cは、図11に図示されるように、周方向に関して等間隔に配置されている。カム溝31c、32cの径方向に関する幅は、その最深部においての最も大きく、周方向に向けてその深さが浅くなるに従って徐々に小さくなる。
【0028】
カム機構部の詳細は特開2001−295865号公報に記載されており、その記載を援用する。
【0029】
固定カムプレート31と筒部35は、固定カムプレート31の内周部に筒部35を圧入するなどの適当な方法で固定される。また、固定カムプレート31はインターナルギヤー20cの側面部を成している。更にインターナルギヤー20cは軸受け21によりスタータ本体に支えられている。なお、遊星ギヤー20bが3個以上の時はこれにより芯が出るので軸受け21は省略可能である。スイッチ6の力は、連結棒7を介し回転規制部材8を動かすことにより、ピニオン51を出力軸41上をエンジンのリングギヤー100側へ動かす。
【0030】
本発明になる作動を説明する。図示してないバッテリーからの電流はブラシ5を通り、軸受け4a、4bに支えられたアーマチャ1に供給されヨーク3の界磁極2とともに回転力を発生する。図3、6、8において、ピニオン51がリングギヤー100に噛合うまでの段階ではモーターの発生トルクが少ないので、従ってインターナルギヤー20cの反力も少なく、弾性部材34の力で可動カムプレート32はボール33および固定カムプレート31の方向へ押しつけられている。そうすると可動カムプレート32の内周テーパー部32bはクラッチ10の外カム10bの外周部10aに押しつけられ、外カム10bとインターナルギヤー20cは一体となり同一回転数で回る。そうすると遊星減速の原理により太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、腕部は同一回転数、言い換えれば減速比1の状態になる。
【0031】
更に進んで(図4、7、9参照)ピニオン51がリングギヤーに噛合いエンジンを始動し始めると、モーターにはロック相当のトルクが発生し、従ってインターナルギヤー20cの反力が大きくなり弾性部材34の力を上回り、ボール33とカム溝31c、32cの作用により固定カムプレート31から可動カムプレート32が離隔された状態になる。その結果、外カム10bの外周部10aと可動カムプレート32の内周テーパー部32bは離れ、逆に可動カムプレート32の外周テーパー部32aはハウジング9のテーパー部9aに圧接されインターナルギヤーは回転不能に固定される。その結果は、一般的な遊星減速と同じ状態となり高減速比になる。
【0032】
この状態で初爆がすぎ、エンジンの回転が上がり負荷が軽くなり、従ってモーターのトルクが減少し、インターナルギヤー20cへの反力が減少して弾性部材34の力が上回ると(図5、6、8参照)、また可動カムプレート32が固定カムプレート31側へ動き、減速比1で駆動される。また弾性部材34の荷重の設定値次第で任意のトルク(電流値)で減速比の切り換えができるのはいうまでもない。その他の作動は特開平10−115274号公報に記載されており、その記載を援用する。
【0033】
図12は第2の実施例であり、可動カムプレート32の内外周のテーパー部にゴム等の弾性部材32e、32fを張り付けた例である。このようにすると可動カムプレート32のテーパー部32bと外カム10bの外周部10aやハウジング9のテーパー部9aとの断続がすべりを伴って行われるので高減速比から減速比1への変化が徐々に行われ、従って無段変速と類似の特性が得られる。
【0034】
図13は第3の実施例であり、遊星減速部分をはす歯歯車を使用して構成し、そのトルクの軸方向成分を利用して弾性部材34との力の大小でインターナルギヤー20cの固定、解除を行う案である。
【0035】
図14は第4の実施例であり、第3の実施例に加えて、更に遊星減速部を2段にした案である。従って、遊星ギヤーは、遊星ギヤー20b1、20b2を備える。インターナルギヤーは、インターナルギヤー20c1、20c2を備える。この結果、遊星ギヤー20b1とインターナルギヤー20c1によって規定される歯数、および遊星ギヤー20b2とインターナルギヤー20c2によって規定される歯数によって、この遊星歯車減速装置は2つの歯数を持つ。このようにすると高減速比から低減速比に切り替えた場合に、減速比1ではなく適当な値にセットできる。たとえば減速比9と減速比3のように減速比を設定できる。
【0036】
このように、本発明によればほとんどコストアップなしでしかも体格を大きくすることなしに減速比を多段または無段に変速できる。しかもエンジン、バッテリー等の外部要因を考えなくてもスタータのモーター性能自体を感知して減速比を変化させるので、エンジン等のマッチングを考える必要もないので有利である。また減速比を変化させるための特別なセンサー、大がかりな機構も必要ない。更に弾性部材34の荷重を調節すればもっとエンジン始動時に最適なトルク、回転カーブ(TNカーブ)を得ることが出来る。すなわち図15に記載したように従来と出力カーブを同じにした場合、初爆の間は高トルク、完爆時には高回転が得られ、なおかつ出力ピ−ク近傍で変速する事が可能であるので従来のどの減速比よりもよいTNカーブとなる。そのためエンジン、バッテリー毎に減速比に適応を考える必要がなくなり、標準化が図れ、しかも特別な部品もほとんどいらないのでコストアップも防げる。更に磁石式にしても直巻式以上の特性がえられ、この意味からもコストアップがない。従って最近の環境対策への対応も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのトルク−回転数特性の事例である。
【図2】図2は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのインターナルギヤーとピニオン部(腕部または遊星ギヤー軸に同じ)の回転数の関係の事例である。
【図3】図3は本発明を適用した一実施例にかかるスタータの静止時の断面図である。
【図4】図4は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのエンジン駆動時(高減速比状態)の断面図である。
【図5】図5は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのエンジン駆動時(低減速比状態)の断面図である。
【図6】図6は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのカム機構部の低減速比状態の断面図である。
【図7】図7は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのカム機構部の高減速比状態の断面図である。
【図8】図8は図6のボール部周辺の周方向断面図である。
【図9】図9は図7のボール部周辺の周方向断面図である。
【図10】図10は本発明を適用した一実施例にかかるスタータに使用する筒部の断面図である。
【図11】図11は本発明を適用した一実施例にかかるスタータに使用する可動カムプレートの正面図である。
【図12】図12は本発明を適用した第2の実施例に使用する可動カムプレートの断面図である。
【図13】図13は本発明を適用した第3の実施例になるスタータの断面図である。
【図14】図14は本発明を適用した第4の実施例になるスタータの断面図である。
【図15】図15は本発明を適用した実施例にかかるスタータの効果を説明した特性図である。
【図16】図16は従来のスタータのエンジン負荷との関係を説明したトルク−回転数特性である。
【符号の説明】
20 遊星歯車減速装置
31 固定カムプレート
32 可動カムプレート
33 ボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に内燃機関を始動するための始動装置であるスタータであって、該スタータの出力特性に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年、環境問題への対応のためスタータへも小型でありながら高トルク、高回転の特性が求められている。一般的には内燃機関の始動のためにはその初期には高トルクが、初爆後には低トルク高回転が要求される。そのため基本的には直巻式が用いられてきたが、小型化のためにますますスタータの内部の減速比をあげてトルクを出す傾向がでてきた。これは初爆のときには有利になったが、結果として完爆以降の回転が得られにくい傾向になってきたことを意味する。最近はコストダウン、小型化のため磁石式(いわゆる分巻式に同じ)になってきたが、このためますます回転数が稼げない傾向になってきた。
【0003】
このため、図16に示したようにエンジンの低温時と高温時の両方に最適な減速比が得られない状態である。図16は、2kWスタータの場合に、種々の減速比におけるトルク−回転数の特性カーブを示すグラフである。これに対処するため現実には数種類の減速比を用意しておいて対応しているので標準化にもならない。最近ではエミッション低減のためにエンジン着火後(いわゆるスタータにとってはオーバラン状態)にスタータの回転数を上げたいという要求もあるが、これに対処するためにはスタータの体格をあげているのが現実である。たとえば始動だけなら1.4kW程度で良いものが2kWを使用してトルクと回転の両立をはかっている。これでは何のための小型軽量化か全くわからなくなってしまう。
【0004】
これに対処するために、スタータの内部減速比を多段に切り替えて高トルクと高回転の両立をはかる試みもある。特許文献1ではソレノイドの力で2段減速に切り替える案が提案されている。特許文献2では歯車で無段に変速する案が提案されている。しかしこれらの技術では、減速機構部が複雑で体格が大きくなってしまう不具合がある。
【0005】
すなわち、前者の案ではソレノイド部が大きくしかもそれを動かすため温度センサー等の特別な制御が必要である。後者の案では無段変速のためにモーター以上の体格の減速装置が必要である。このようにいずれの案も体格が大きくしかも複雑でありコストアップも大きい。これでは前記したように標準のスタータを1(または2)サイズアップして使った方がかえって小型でコストも少なく有利となる。このように可変速の案には、実用的な案がないのが現実である。なお、特許文献3、特許文献4に開示されるスタータも提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−153008号公報
【特許文献2】
特開昭63−195383号公報
【特許文献3】
特開2001−295865号公報
【特許文献4】
特開平10−115274号公報
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記問題を解決するため、通常スタータで使われる内歯歯車式遊星減速機構を使い可変減速を実現し、しかもその可変に複雑な制御機構を必要としないスタータを提供する。
【0008】
すなわち、通常の遊星減速機構はインターナルギヤーを固定して所定の減速比を得ているが、この固定を解除してたとえば遊星ギヤー軸(いわゆる腕部)と同じ回転数にすると減速せずにそのままの回転数がアウトプットされる。またインターナルギヤーと腕部をスベリ接触させると中間の減速比が出来ることに注目した。
【0009】
たとえば、1.8kWスタータで計算した例を述べる。図2に示したように腕部の回転(ピニオン回転に同じ)が0から約1000rpmの間はインターナルギヤーを固定し、約8000rpm以上では腕部とインターナル部を同じ回転にし、1000から8000rpmの間はその中間にする。そうすると、図1に示したように、図中AからBの間(回転数が低いとき)は高減速比7.9で、CからD(高回転時)は減速なし(減速比1)で、中間のBからCの間は減速比を徐々に7.9から1に変化させる。この結果、常に最高のトルクと回転が簡単に得られる。
【0010】
このような機構を用いることにより小型でコストアップのないスタータを実現することを目的としている。
【0011】
請求項1では、遊星歯車減速装置を設け、該遊星歯車減速装置の遊星歯車列を構成する要素の1つの回転を固定状態から解除状態の間で変化させることにより、構造が簡単でしかもスタータの寸法を変えることなく減速比を複数または無段に変化させることができ、始動時初期の高トルクから終盤の高回転で内燃機関を駆動できるのでコストアップなしで環境に優しいスタータとなる。
【0012】
請求項2では、内歯歯車を用いた遊星歯車列で行い、そのインターナルギヤーの回転を変化させることにより減速比を変えるのでより簡単、コストアップなしで可変減速を得られる。
【0013】
請求項3では、モーターのトルクまたは回転数の少なくとも一方の値の情報により要素(例えばインターナルギヤー)の回転変化を行うので、スタータの内部の情報(特性)で減速比を変化させることができる。よって、内燃機関(エンジン)、バッテリーの違い等の、外部の影響を考慮する必要がないので、特別なセンサーも必要なく、コストのかからない、しかも安定な減速比の変化が可能である。
【0014】
請求項4では、クランキング時、内燃機関初爆の時はインターナルギヤーを固定することにより高減速比状態を保ち、その後インターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸の回転数に等しいかまたはほぼ等しくすることにより減速比1の状態または低減速比状態にしてエンジンを駆動するので、よりエンジン負荷に対応した始動ができる。
【0015】
請求項5では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーを固定し、その後インターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸と同じにすることにより減速比を2段に切り変えるので構造が簡単でありながら従来の固定減速比のような特性より良い状態でエンジンを始動できる。
【0016】
請求項6では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーを固定し、最終的にはインターナルギヤーの回転数をアーマチャまたは遊星ギヤー軸と同じにし、その中間ではインターナルギヤーをアーマチャまたは遊星ギヤー軸にすべり接触させることによりインターナルギヤーの回転数を徐々に変えることにより減速比を無段に変えるので、トルク反力の少ないインターナルギヤー部ですべり接触させしかも一瞬であるのでトルクロスが少なく、かつ構造が簡単でありながらエンジン始動時に必要な理想的な特性が得られる。
【0017】
請求項7では、低減速比状態はインターナルギヤーをクラッチに接触させるだけで実現できるので特別なスペースも必要なく、しかもコストも安い。なお、クラッチは、一般的なオーバーランクラッチでよい。
【0018】
請求項8では、モーターの最高出力時にモーターの回転数、トルク、電流または出力等の情報によりインターナルギヤーの固定を解除し低減速比に変えるので、その定格出力で得られる最高のTN特性が得られる。TN特性とは、トルク−回転数特性を指す。
【0019】
請求項9では、モーターのトルクのインターナルギヤー部での反力を感知して作動する部材によりインターナルギヤーの固定と解除を行うので、バッテリーの違い等に影響されることなく電流により一義的に定まるトルク(力)で制御できるので減速比の切り替えタイミングが容易にとれる。
【0020】
請求項10では、モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により遊星歯車減速装置を構成し、遊星ギヤーの軸はクラッチを介してピニオンに連結されるものにおいて、クランキング初期はインターナルギヤーをスタータの本体に直接または間接に固定し減速比を高い状態にし、クランキング後半はインターナルギヤーをクラッチに直接または間接に接触させることによりその回転数を遊星ギヤー軸とはほぼ同じにし(クラッチに同じ)て、減速比を1または低減速比状態にし、その切り替えをインターナルギヤー部のトルクを感知して行うようにしたので、高減速状態と低減速状態が、特別な部品をあまり作ることなく、大部分は既存部品と共通のままで出来るのでコストアップがない。
【0021】
請求項11では、固定カムプレートと可動カムプレートとボールによるカム機構でインターナルギヤーの固定と離脱を行い、しかもその一方はインターナルギヤー部と共用するので小型でしかもコストのかからない変速機構が得られる。
【0022】
請求項12では、可動カムプレートを固定カムプレート側へ近接または離隔させる状態にするために、モーターのトルクのインターナルギヤー部での反力と弾性部材のセット荷重の大小により作動させインターナルギヤーの固定と解除を行うので、切り換えの設定値を弾性部材の荷重を変えるだけで簡単に行え、所定の特性が容易に得られ、しかもコストがかからない。
【0023】
請求項13では、弾性部材のセット荷重をスタータの出力最大電流相当のトルクに相当する力にするので、その定格出力で得られる最高のTN(トルク、回転数)特性が得られなおかつコストがかからずに実現できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図3ないし図11に基づき説明する。
【0025】
20は遊星歯車減速装置としての内歯歯車を用いた内歯歯車式の遊星減速機構部であり太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、インターナルギヤー20cのギヤー部20e、遊星ギヤー軸20dにより構成されている。太陽ギヤー20aはアーマチャ1の軸1aに、遊星ギヤー軸20dはオーバーランニングクラッチ10の外カム10bにそれぞれ繋がっている。従って結果的にクラッチ10の外カム10bは遊星減速機構の腕部の役目を果たしている。
【0026】
30はカム機構部である。カム機構部30は、一方が軸方向不動に、他方が軸方向変位可能な状態に同軸状に対抗配設され、かつ互いの対抗面に一対の適当な数のカム溝31c、32cを有する一対の固定カムプレート31および可動カムプレート32と、両カムプレート31、32の一対のカム溝31c、32c間に転動可能に収納されるボール33と、可動カムプレート32を固定カムプレート31側に弾性付勢する弾性部材34とを有している。この実施例では、固定カムプレート31に4本のカム溝31cが形成され、可動カムプレート32にも4本のカム溝32cが形成されている。この結果、両カムプレート31、32間には、4対のカム溝が配置される。この実施例では、一対のカム溝に1個のボール33が配置される。この結果、カム機構部30は、4個のボール33を有する。可動カムプレート32の連結部32dは、筒部35の溝35dに挿入され、可動カムプレート32は軸方向移動可能、周方向移動不能状態になっている。この実施例では、溝35dは、6個であるが他の適当な数でもよい。部材35a、35bを別々に作っておき連結部32dと溝35dとを嵌装後適当な方法で一体化する。固定カムプレート31、可動カムプレート32、ボール33、および弾性部材34は、筒部35の両端の鍔部により一体的に固定されており、全体としてカム機構部30をなしている。
【0027】
上記の一方のカム溝に、少なくとも周方向一方へ向けて深さが浅くなる斜面が、また、上記の他方のカム溝に、少なくとも周方向他方へ向けて深さが浅くなる斜面が設けられており、両カム溝それぞれの最深位置の深さが、ボールの半径より小さい寸法に設定され、また両カム溝それぞれの最も浅い位置の深さがボールの抜け出しを阻止する寸法に設定されており、さらにこれらカム溝の寸法を、両カムプレートの相対的な回転に伴い両カム溝の最も深い位置にボールが位置することにより可動カムプレートを固定カムプレート側に近接させる状態に、また両カムプレートの相対的な回転に伴いカム溝の最も浅い位置にボールが位置することにより可動カムプレートを固定カムプレート側から離隔させる状態になるような寸法にしておく。この実施例では、カム溝31c、32cは、周方向の両側に向けて深さが一様に浅くなる斜面によって区画されている。カム溝31c、32cは、図11に図示されるように、周方向に関して等間隔に配置されている。カム溝31c、32cの径方向に関する幅は、その最深部においての最も大きく、周方向に向けてその深さが浅くなるに従って徐々に小さくなる。
【0028】
カム機構部の詳細は特開2001−295865号公報に記載されており、その記載を援用する。
【0029】
固定カムプレート31と筒部35は、固定カムプレート31の内周部に筒部35を圧入するなどの適当な方法で固定される。また、固定カムプレート31はインターナルギヤー20cの側面部を成している。更にインターナルギヤー20cは軸受け21によりスタータ本体に支えられている。なお、遊星ギヤー20bが3個以上の時はこれにより芯が出るので軸受け21は省略可能である。スイッチ6の力は、連結棒7を介し回転規制部材8を動かすことにより、ピニオン51を出力軸41上をエンジンのリングギヤー100側へ動かす。
【0030】
本発明になる作動を説明する。図示してないバッテリーからの電流はブラシ5を通り、軸受け4a、4bに支えられたアーマチャ1に供給されヨーク3の界磁極2とともに回転力を発生する。図3、6、8において、ピニオン51がリングギヤー100に噛合うまでの段階ではモーターの発生トルクが少ないので、従ってインターナルギヤー20cの反力も少なく、弾性部材34の力で可動カムプレート32はボール33および固定カムプレート31の方向へ押しつけられている。そうすると可動カムプレート32の内周テーパー部32bはクラッチ10の外カム10bの外周部10aに押しつけられ、外カム10bとインターナルギヤー20cは一体となり同一回転数で回る。そうすると遊星減速の原理により太陽ギヤー20a、遊星ギヤー20b、腕部は同一回転数、言い換えれば減速比1の状態になる。
【0031】
更に進んで(図4、7、9参照)ピニオン51がリングギヤーに噛合いエンジンを始動し始めると、モーターにはロック相当のトルクが発生し、従ってインターナルギヤー20cの反力が大きくなり弾性部材34の力を上回り、ボール33とカム溝31c、32cの作用により固定カムプレート31から可動カムプレート32が離隔された状態になる。その結果、外カム10bの外周部10aと可動カムプレート32の内周テーパー部32bは離れ、逆に可動カムプレート32の外周テーパー部32aはハウジング9のテーパー部9aに圧接されインターナルギヤーは回転不能に固定される。その結果は、一般的な遊星減速と同じ状態となり高減速比になる。
【0032】
この状態で初爆がすぎ、エンジンの回転が上がり負荷が軽くなり、従ってモーターのトルクが減少し、インターナルギヤー20cへの反力が減少して弾性部材34の力が上回ると(図5、6、8参照)、また可動カムプレート32が固定カムプレート31側へ動き、減速比1で駆動される。また弾性部材34の荷重の設定値次第で任意のトルク(電流値)で減速比の切り換えができるのはいうまでもない。その他の作動は特開平10−115274号公報に記載されており、その記載を援用する。
【0033】
図12は第2の実施例であり、可動カムプレート32の内外周のテーパー部にゴム等の弾性部材32e、32fを張り付けた例である。このようにすると可動カムプレート32のテーパー部32bと外カム10bの外周部10aやハウジング9のテーパー部9aとの断続がすべりを伴って行われるので高減速比から減速比1への変化が徐々に行われ、従って無段変速と類似の特性が得られる。
【0034】
図13は第3の実施例であり、遊星減速部分をはす歯歯車を使用して構成し、そのトルクの軸方向成分を利用して弾性部材34との力の大小でインターナルギヤー20cの固定、解除を行う案である。
【0035】
図14は第4の実施例であり、第3の実施例に加えて、更に遊星減速部を2段にした案である。従って、遊星ギヤーは、遊星ギヤー20b1、20b2を備える。インターナルギヤーは、インターナルギヤー20c1、20c2を備える。この結果、遊星ギヤー20b1とインターナルギヤー20c1によって規定される歯数、および遊星ギヤー20b2とインターナルギヤー20c2によって規定される歯数によって、この遊星歯車減速装置は2つの歯数を持つ。このようにすると高減速比から低減速比に切り替えた場合に、減速比1ではなく適当な値にセットできる。たとえば減速比9と減速比3のように減速比を設定できる。
【0036】
このように、本発明によればほとんどコストアップなしでしかも体格を大きくすることなしに減速比を多段または無段に変速できる。しかもエンジン、バッテリー等の外部要因を考えなくてもスタータのモーター性能自体を感知して減速比を変化させるので、エンジン等のマッチングを考える必要もないので有利である。また減速比を変化させるための特別なセンサー、大がかりな機構も必要ない。更に弾性部材34の荷重を調節すればもっとエンジン始動時に最適なトルク、回転カーブ(TNカーブ)を得ることが出来る。すなわち図15に記載したように従来と出力カーブを同じにした場合、初爆の間は高トルク、完爆時には高回転が得られ、なおかつ出力ピ−ク近傍で変速する事が可能であるので従来のどの減速比よりもよいTNカーブとなる。そのためエンジン、バッテリー毎に減速比に適応を考える必要がなくなり、標準化が図れ、しかも特別な部品もほとんどいらないのでコストアップも防げる。更に磁石式にしても直巻式以上の特性がえられ、この意味からもコストアップがない。従って最近の環境対策への対応も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのトルク−回転数特性の事例である。
【図2】図2は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのインターナルギヤーとピニオン部(腕部または遊星ギヤー軸に同じ)の回転数の関係の事例である。
【図3】図3は本発明を適用した一実施例にかかるスタータの静止時の断面図である。
【図4】図4は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのエンジン駆動時(高減速比状態)の断面図である。
【図5】図5は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのエンジン駆動時(低減速比状態)の断面図である。
【図6】図6は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのカム機構部の低減速比状態の断面図である。
【図7】図7は本発明を適用した一実施例にかかるスタータのカム機構部の高減速比状態の断面図である。
【図8】図8は図6のボール部周辺の周方向断面図である。
【図9】図9は図7のボール部周辺の周方向断面図である。
【図10】図10は本発明を適用した一実施例にかかるスタータに使用する筒部の断面図である。
【図11】図11は本発明を適用した一実施例にかかるスタータに使用する可動カムプレートの正面図である。
【図12】図12は本発明を適用した第2の実施例に使用する可動カムプレートの断面図である。
【図13】図13は本発明を適用した第3の実施例になるスタータの断面図である。
【図14】図14は本発明を適用した第4の実施例になるスタータの断面図である。
【図15】図15は本発明を適用した実施例にかかるスタータの効果を説明した特性図である。
【図16】図16は従来のスタータのエンジン負荷との関係を説明したトルク−回転数特性である。
【符号の説明】
20 遊星歯車減速装置
31 固定カムプレート
32 可動カムプレート
33 ボール
Claims (13)
- 内燃機関のリングギヤーに噛合うピニオンと、そのピニオンを駆動するモーターと、前記ピニオンとモーターとの間にクラッチと遊星歯車減速装置を設け、その遊星歯車減速装置の減速比を複数または無段に変化させるスタータにおいて、
前記遊星歯車減速装置の歯車列を構成する要素の1つの回転を固定状態から解除状態の間で変化させることにより減速比を可変とすることを特徴とする内燃機関用スタータ。 - 前記減速比の可変を、内歯歯車を用いた遊星歯車列で行い、その要素のインターナルギヤーの回転を変化させることにより行なうことを特徴とする請求項1記載の内燃機関用スタータ。
- 前記モーターのトルクまたは回転数の少なくとも一方の値の情報により、前記要素の回転変化を行う手段を備えていることを特徴とする請求項1もしくは2記載の内燃機関用スタータ。
- クランキング時、内燃機関初爆の時は前記インターナルギヤーを固定することにより高減速比状態を保ち、その後前記インターナルギヤーの回転数を前記モータのアーマチャまたは前記減速装置の遊星ギヤー軸の回転数に等しいかまたはほぼ等しくすることにより、減速比が1の状態または低減速比状態にして内燃機関を始動することを特徴とする請求項1ないし3項のいずれかに記載の内燃機関用スタータ。
- 前記モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、該太陽ギヤーに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により前記遊星歯車減速装置を構成し、前記遊星ギヤーの軸が前記クラッチを介して前記ピニオンに連結されるものにおいて、
クランキング初期は前記インターナルギヤーを固定し、その後前記インターナルギヤーの回転数を前記モーターのアーマチャまたは前記遊星ギヤー軸と同じにすることにより減速比を2段に変化させることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の内燃機関用スタータ。 - 前記モーターのアーマチャの軸に設けた太陽ギヤー、前記太陽ギヤーに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー、及び遊星ギヤーの軸により前記遊星歯車減速装置を構成し、前記遊星ギヤーの軸が前記クラッチを介して前記ピニオンに連結されるものにおいて、
クランキング初期は前記インターナルギヤーを固定し、最終的には前記インターナルギヤーの回転数を前記モーターのアーマチャまたは前記遊星ギヤー軸と同じにし、その中間では前記インターナルギヤーを前記アーマチャまたは前記遊星ギヤー軸にすべり接触させることにより前記インターナルギヤーの回転数を徐々に変えることにより、減速比を無段に変化させることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の内燃機関用スタータ。 - クランキング時、内燃機関初爆の時は前記インターナルギヤーを固定することにより高減速比状態を保ち、その後前記インターナルギヤーを前記クラッチに接触させることにより前記インターナルギヤーの回転を変化させ減速比を複数または無段に変化させることを特徴とする請求項5もしくは6記載の内燃機関用スタータ。
- 始動直後は減速比を高い状態に保ち、前記モーターの最高出力時に前記モーターの回転数、トルク、電流または出力等の情報により前記インターナルギヤーの固定を解除し、低減速比に変えることを特徴とする請求項2ないし7のいずれかに記載の内燃機関用スタータ。
- 前記モーターのトルクの前記インターナルギヤーでの反力を感知して作動する部材により前記インターナルギヤーの固定と解除を行うことを特徴とする請求項2ないし8のいずれかに記載の内燃機関用スタータ。
- 内燃機関のリングギヤーに噛合わせまたは解除可能に配置されたピニオンと、そのピニオンを駆動するモーターとの間にクラッチと内歯歯車タイプの遊星歯車減速装置を設け、前記モーターのアーマチャ軸に設けた太陽ギヤー、それに噛合う遊星ギヤー、インターナルギヤー及び遊星ギヤーの軸により前記遊星歯車減速装置を構成し、前記遊星ギヤーの軸は前記クラッチを介して前記ピニオンに連結される内燃機関用スタータにおいて、
クランキング初期は前記インターナルギヤーを前記スタータの本体に直接または間接に固定し減速比を高い状態にし、クランキング後半は前記インターナルギヤーを前記クラッチに直接または間接に接触させることによりその回転数を前記遊星ギヤー軸とはほぼ同じにして、減速比を1または低減速比状態にし、その切り替えを前記インターナルギヤー部のトルクを感知して行うことを特徴とする内燃機関用スタータ。 - 一方が軸方向不動に、他方が軸方向変位可能な状態に同軸状に対抗配設され、かつ互いの対抗面に一対のカム溝が振り分けられる一対の固定および可動カムプレートと、前記両カムプレートの一対のカム溝間に転動可能に収納されるボールと、前記可動カムプレートを前記固定カムプレート側に弾性付勢する弾性部材とを有し、
前記一方のカム溝に、少なくとも周方向一方へ向けて深さが浅くなる斜面が、また前記他方のカム溝に、少なくとも周方向他方へ向けて深さが浅くなる斜面が設けられており、
前記両カム溝それぞれの最深位置の深さが、前記ボールの半径より小さい寸法に設定され、また前記両カム溝それぞれの最も浅い位置の深さが前記ボールの抜け出しを阻止する寸法に設定されており、
前記両カムプレートの相対的な回転に伴い前記両カム溝の最も深い位置に前記ボールが位置することにより前記可動カムプレートを前記固定カムプレート側に近接させる状態になり、また
前記両カムプレートの相対的な回転に伴い前記両カム溝の最も浅い位置に前記ボールが位置することにより前記可動カムプレートを前記固定カムプレート側から離隔させる状態になるカム機構を備え、
前記固定カムプレートまたは前記可動カムプレートのいずれか一方を前記インターナルギヤーの側面などの一部と共用したことを特徴とする請求項10記載の内燃機関用スタータ。 - 請求項11に記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記可動カムプレートを前記固定カムプレート側へ近接または離隔させる状態にするために、前記モーターのトルクの前記インターナルギヤーでの反力と前記弾性部材のセット荷重の大小により作動させ前記インターナルギヤーの固定と解除を行うことを特徴とする内燃機関用スタータ。 - 請求項12に記載の内燃機関用スタータにおいて、
前記弾性部材のセット荷重を前記スタータの出力最大電流相当のトルクに相当する力にすることを特徴とする内燃機関用スタータ。
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