JP4085056B2 - スタータ - Google Patents
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Description
背景技術
本発明は、内燃機関に用いられるスタータであって、当該スタータが、スタータモータと、該スタータモータによって駆動可能な入力軸と、該入力軸に作用結合された、該入力軸の長手方向軸線の方向に移動可能な出力軸とを有しており、該出力軸が、内燃機関のリングギヤに噛合い可能なピニオンを備えており、該ピニオンをリングギヤに噛み合わせるための出力軸の前進が、スタータモータのステータに設けられたエレメントによって行われるようになっており、該エレメントが、スタータモータの通電時にモータ軸線を中心とした所定の旋回運動を被るようになっている形式のものに関する。
【0002】
内燃機関に用いられるスタータとして、いわゆる「慣性摺動式(ベンディックス式)スタータ」が広く普及している。この慣性摺動式スタータは電動式のスタータモータを有している。このスタータモータの入力軸は、その長手方向軸線の方向に移動可能な出力軸に作用結合されている。この出力軸は、スタータモータから離れた端部にヘリカルスプラインを備えている。このヘリカルスプラインには、回動可能にかつ移動可能に出力軸の連行スリーブが配置されている。出力軸のこの連行スリーブはオーバランニングクラッチを介して、ピニオンを有するスリーブに結合されている。スタータモータの通電によって、連行スリーブと、オーバランニングクラッチと、ピニオンスリーブとを備えた出力軸が前進させられ、これによって、ピニオンが内燃機関のリングギヤに噛み合う。機械的な噛合い機能は一般的に機械的なリレーによって行われる。このリレーは一般的にスタータモータのための切換機能も付加的に引き受けている。噛合い機能と切換機能との組合せはスタータへのスタータリレーの組付けを要求する。スタータは車両の変形領域に位置しているので、事故の場合には、スタータリレーの、バッテリ電圧下にある部分が、アース電位に位置するボディに接触し、したがって、短絡が生ぜしめられる危険がある。前述したスタータは、たとえばドイツ連邦共和国特許第19625057号明細書に基づき公知である。
【0003】
スタータの噛合い機能を引き受ける組み付けられたスタータリレーなしで十分であるスタータは、ドイツ連邦共和国特許出願番号第10016706.3号明細書に基づいている。このスタータは、いわゆる「ブレーキ慣性摺動原理(Brems−Schraubtrieb−Prinzip)」により作業する。この場合、スタータモータは磁極管を有している。この磁極管はモータの通電時にモータ軸線を中心とした旋回運動を実施する。磁極管のこの旋回運動によって、ブレーキ機構が運転させられる。このブレーキ機構は所定のブレーキモーメントを出力軸の連行スリーブに加える。このブレーキモーメントによって、連行スリーブがヘリカルスプラインを介してモータの入力軸によって前進させられ、これによって、スタータのピニオンが内燃機関のリングギヤに噛み合う。ドイツ連邦共和国特許出願番号第10016706.3号明細書の構成によれば、ブレーキ装置は、連行スリーブに結合された、ブレーキ楔体が押圧されるブレーキドラムから成っているかまたは連行スリーブに摩擦接続的に結合されたディスクに抗して運動可能であるつめから成っている。この場合、このつめとディスクとの間の形状接続、つまり、嵌合に基づく係合によって連行スリーブに所定のブレーキモーメントが加えられる。ブレーキ楔体の位置変化だけでなく、つめの位置変化も、連行スリーブに対して半径方向に向けられた、所定の機構によって磁極管の旋回運動から導出される力を要求する。
【0004】
発明の利点
請求項1の特徴によれば、スタータモータの通電時に生ぜしめられる、モータ軸線を中心としたステータエレメントの旋回運動を、出力軸に作用する軸方向運動に直接変換する手段が設けられている。本発明によって、噛合い動作のための出力軸の前進を導入するスタータリレーを省略することができる。さらに、出力軸に作用する軸方向運動へのステータエレメントの旋回運動の変換は、極めて単純な技術的な手段によって実施することができる。
【0005】
本発明の有利な構成および改良形は従属請求項から明らかとなる。
【0006】
ステータエレメントの旋回運動を出力軸の軸方向運動に変換するための有利な構成では、案内路と、該案内路に沿って滑動可能な案内部材とが設けられ、案内路または案内部材が、軸方向に移動可能な出力軸に作用結合されており、案内部材または案内路が、スタータの、出力軸と共に軸方向に運動しない部分に配置されている。この場合、ステータエレメントは、案内部材が、ステータエレメントの所定の旋回運動時に案内路に沿って滑動するように案内路または案内部材に作用結合されている。案内路と案内部材とは、案内路に沿った案内部材の滑動によって出力軸が軸方向運動を実施するように成形されている。案内路と案内部材との間の摩擦を減少させるためには、たとえばボールまたはロール体が挿入されてよい。
【0007】
出力軸に、ほぼ半径方向に張り出したディスクが支承されており、該ディスクが、出力軸の軸線を中心として回動可能であり、軸方向で前進方向でばね力に抗して支持されていると有利である。このばね力は内燃機関のリングギヤへのスタータピニオンの噛合いを助成している。
【0008】
本発明の有利な構成では、ステータエレメントが、形状接続的(formschluessig)にかつ/または動力を伝達するようにディスクに結合されており、これによって、ステータエレメントの所定の旋回運動時に、ディスクに設けられた案内部材が、出力軸の前進方向で上昇する案内路に沿って滑動するようになっており、この場合、ディスクが、出力軸と共に軸方向運動を実施するようになっている。
【0009】
案内路または案内部材は、たとえばステータエレメントに配置されていてよい。
【0010】
ステータエレメントが、ステータに所属する磁極管から成っており、該磁極管が、モータ軸線を中心として旋回可能に支承されており、モータの通電時に生ぜしめられる、磁極管に作用するトルクに抗して作用するばねエレメントが設けられていると有利である。
【0011】
ディスクとスタータのハウジングとの間に、ディスクひいては出力軸に所定のばね力を前進方向に対して逆方向で加えるばねエレメントが使用されていると有利である。このばねエレメントはスタータの噛合い解除動作を助成している。
【0012】
従来の慣性摺動式スタータのように、本発明によるスタータでも、出力軸が入力軸によってヘリカルスプラインを介して駆動されると有利である。
【0013】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【0014】
図1に縦断面図として示したスタータは、2つの部分から成るハウジングを有している。この場合、一方のハウジング部分1はスタータモータを取り囲んでおり、第2のハウジング部分3はスタータのドライブハウジングを成している。スタータモータは公知の形式でステータ5と、このステータ5内に回転可能に支承されたロータ7とから成っている。ステータ5は、磁極管9と、この磁極管9内に配置された、永久磁石として形成されたステータ磁極11とを有している。磁極管9はステータ磁極11のための磁気的な帰路を形成している。ステータ磁極11はロータ7を同心的に取り囲むように配置されている。このロータ7はモータ軸13を有している。このモータ軸13は積層鉄心に相対回動不能に結合されている。この積層鉄心のスロット(図示せず)内には、1つまたはそれ以上のロータ巻線が挿入されている。
【0015】
スタータモータから張り出したモータ軸13は伝動装置、有利には遊星歯車伝動装置15に連結されている。この場合、モータ軸13はサンギヤ17を駆動する。このサンギヤ17はプラネタリピニオン19,21に噛み合っている。さらに、このプラネタリピニオン19,21はインターナルギヤ23内で転動する。このインターナルギヤ23は中間支承体25に結合されている。両プラネタリピニオン19,21はプラネタリキャリヤ27によって保持される。中間支承体25は定置にかつ回動不能にスタータのハウジング3内に配置されている。プラネタリキャリヤ27は相対回動不能に、たとえば一体に入力軸29に結合されている。
【0016】
入力軸29には出力軸33の連行スリーブ31が装着されている。入力軸29と連行スリーブ31とはヘリカルスプライン35を介して互いに連結されている。入力軸29と連行スリーブ31とを互いに結合するヘリカルスプライン35は、いわゆる「噛合い伝動装置」を成している。連行スリーブ31はオーバランニングクラッチ39のアウタレース37に移行している。オーバランニングクラッチ39のアウタレース37は締付け体(図示せず)を介してインナレース41を駆動する。このインナレース41は出力軸33のピニオンスリーブ43に結合されている。このピニオンスリーブ43は、スタータのハウジング3から外方に向けられた端部にピニオン45を装備している。ピニオンスリーブ43はモータ軸13の回転時に、ヘリカルスプライン35として形成された、入力軸29と出力軸33との間の噛合い伝動装置によって送りもしくは前進を被り、これによって、ピニオン45が内燃機関(図示せず)のリングギヤ47に噛み合う。噛合い動作および噛合い解除動作(離脱動作)に関しては、あとでさらに詳しく説明することにする。
【0017】
図1に示した実施例では、入力軸29が出力軸33の内部に、軸方向で連続して配置された2つの軸受け49,51によって回転可能に支承されている。さらに、出力軸33はハウジング部分3内に軸受け53を介して、この軸受け53の長手方向軸線を中心として回転可能に支承されている。
【0018】
スタータモータの磁極管9はモータ軸線(モータ軸13)を中心として、ある程度の角度(約10゜〜30゜)だけ旋回可能に支承されている。磁極管9には、1つまたはそれ以上、有利には3つのアーム55が位置している。これらのアーム55は、出力軸33を駆動するための伝動装置が位置しているハウジング部分3内に延びている。磁極管9の各アーム55は、ハウジング部分3内に回動不能に配置された中間支承体25の外周面に設けられた切欠き57を通って案内されている。中間支承体25に設けられた各切欠き57は2つのストッパ59,61を有している。両ストッパ59,61はモータ軸線を中心とした磁極管9の旋回運動を制限している。中間支承体25に設けられた切欠き57の両ストッパ59,61と、磁極管9の、両ストッパ59,61内にもしくは両ストッパ59,61の間に案内された1つのアーム55とが、スタータの一部の斜視図によって図2〜図4に示してある。
【0019】
スタータモータが通電されるやいなや、ロータ7とステータ5との間に形成された電磁力に基づき磁極管9にトルクが作用する。これによって、この磁極管9が、規定された方向、たとえば時計回り方向でモータ軸線を中心として回動させられる。また、磁極管9のトルクに抗して作用するばねエレメント(図示せず)が設けられている。このばねエレメントは、たとえば中間支承体25に組み付けられていてよい。磁極管9に作用するトルクの高さは、ロータ巻線を通って流れる電流の強さに関連している。
【0020】
出力軸33の連行スリーブ31には、ほぼ半径方向に張り出したディスク63が、出力軸33の連行スリーブ31の軸線を中心として回動可能となるように支承されている。ディスク63の、出力軸33の前進方向とは逆方向での軸方向の移動は防止されている。このことは、たとえば連行スリーブ31に装着された、ディスク63が接触する保持リング65によって行われる。この保持リング65の、出力軸33の前進方向とは逆方向での軸方向の移動は位置固定リング67によって防止されている。ディスク63の、オーバランニングクラッチ39に面した側では、支持リング69が連行スリーブ31に装着されている。この支持リング69は、オーバランニングクラッチ39のアウタレース37に支持されたばね71によってディスク63に向かって押圧される。以下、このばねを、リングギヤ47へのピニオン45の噛合い時の機能のため、噛合いばね71と呼ぶことにする。ディスク63とハウジング部分3との間には別のばね73が使用されている。このばね73は噛合いばね71と同様に所定のばね圧をディスク63ひいては出力軸33にこの出力軸33の前進方向とは逆方向で加えている。以下、この第2のばね73を、リングギヤ47からのピニオン45の噛合い解除を助成するので噛合い解除ばねと呼ぶことにする。前述した噛合い力もしくは噛合い解除力は、図面に示したばねエレメントとは異なるばねエレメントによって加えられてもよい。このばねエレメントはスタータ内の別の箇所に配置されている。たとえば噛合い解除ばね73が、軸方向に移動可能な出力軸33のピニオンスリーブ43と、軸方向で位置決めされた入力軸29のピニオン側の端部との間に使用されてもよい。
【0021】
いま、噛合い動作を、この噛合い動作の種々異なる段階を示した図2〜図4につき説明する。
【0022】
ディスク63はその外縁部に磁極管9の各アーム55のために切欠き75を有している。この切欠き75は、磁極管9の各アーム55が半径方向では遊びを有していないが、しかし、切欠き75内ではアーム55が軸方向に移動可能となるように寸法設定されている。したがって、ディスク63が磁極管9の所定の旋回運動時に連行スリーブ31と一緒に回動させられるものの、磁極管9に対して相対的に軸方向に移動できることが可能となる。ディスク63は、磁極管9に向けられた軸方向の少なくとも1つの膨出部77を有している。ディスク63の各膨出部77の領域では、位置固定された中間支承体25に、ディスク63に面した側の軸方向の突出部79が位置している。この突出部79は案内路81を備えている。この案内路81に沿ってディスク63の膨出部77は滑動することができる。この場合、膨出部77と案内路81とは、ディスク63の膨出部77が案内路81に沿って滑動する場合にディスク63が前進を被るように成形されている。
【0023】
図2には、スタータモータが通電されていない場合のスタータの休止位置が示してある。この場合、磁極管9にはまだトルクが作用しておらず、磁極管9は中間支承体25の切欠き57の左側のストッパ59に接触している。この休止位置では、ディスク63に設けられた膨出部77が中間支承体25に接触するまで、出力軸33が、この出力軸33に配置されたディスク63と共にスタータモータの方向に押し戻されている。いま、スタータモータが通電されると、磁極管9がトルクを被る。このトルクは、図2〜図4に示した実施例では、スタータのピニオン側の端部から見て時計回り方向に向けられている。モータ電流が増加するにつれて、磁極管9がそのアーム55と共に、中間支承体25に設けられた、各アーム55に対応配置された切欠き57の第2のストッパ61に向かって旋回する。
【0024】
図3に明瞭に示したように、磁極管9の各アーム55はその旋回運動によってディスク63を連行する。この場合、ディスク63の膨出部77は、中間支承体25に設けられた位置固定された突出部79の案内路81に沿って滑動し、この場合、所定の前進を出力軸33と共に内燃機関のリングギヤ47の方向に被る。こうして、まずスタータのピニオン45の歯が内燃機関のリングギヤ47の歯に衝突するまで出力軸33が前進させられる。入力軸29と連行スリーブ31との間のヘリカルスプライン35を介して、出力軸33がピニオン45と共に噛合いばね71のばね力に抗してさらに前方に駆動させられ、ピニオン45の歯が、内燃機関のリングギヤ47に設けられた歯溝に衝突しかつ出力軸33のさらなる前進によってピニオン45がリングギヤ47に噛み合うまで回動させられる。これによって、出力軸33の前進が終了させられている。
【0025】
図3には、噛合い位置での磁極管9とディスク63との位置が示してある。磁極管9が、位置固定された中間支承体25に設けられた切欠き57のストッパ61にまで引き続き旋回運動することによって、ディスク63が、中間支承体25に一体成形された、軸方向に延びる少なくとも1つの段部83の端面にわたって被せられるまで噛合いばね71のばね力に抗して前方に押し出される。この位置では、ディスク63が出力軸33と共にロックされている。この位置は図4に示してある。
【0026】
前述した噛合い動作が終了した後、内燃機関は、この内燃機関の自力運転が行われるまで、スタータモータによって駆動された出力軸33のピニオン45によって回転させられる。その後、スタータモータに対する負荷が取り除かれ、この結果、モータ電流がより僅かとなり、これに基づき、磁極管9に作用するトルクがより小さくなる。磁極管9に加えられたトルクが、規定された値を下回ると、磁極管戻しばね(図示せず)のばね力が上回り、ディスク63がロック解除され、噛合い解除ばね73がディスク63を出力軸33と共にスタータモータの方向に押圧する。この場合、ディスク63は、位置固定された突出部79に設けられた案内路81によって案内されて、磁極管9のアーム55が、中間支承体25に設けられた各切欠き57のストッパ59に向かって逆旋回させられるまで、磁極管9と共に反時計回り方向で回動させられる。この動作の間、ピニオン45が内燃機関のリングギヤ47から再び噛合い解除する。この噛合い解除動作は、スタータモータの電流が、たとえばイグニッションキーを離すことによって遮断される場合にも導入される。
【0027】
1つの構造変化形では、ディスク63と中間支承体25とがやや異なって形成されている。この変化形では、段部83がディスク63の開口内に突入していて、ディスク63の開口のための半径方向のストッパを成しているのに対して、別の実施例では、一方では、やや曲げられた長孔として形成された開口がディスク63の2つの膨出部77の間に配置されている。他方では、これに相応して、段部83が案内路81の領域に配置されておらず、突出部79の軸方向の一方の端面に配置されている。
【0028】
いま、ただ1つの段部83は、突出部79から軸方向に延びるピンとして形成されている。このピンは金属製のピンとして形成されていて、中間支承体25内に圧入されている。このピンは高い耐摩耗性の利点を有していて、その代わりに、中間支承体25の材料の射出成形によって中間支承体25で取り囲まれていてもよい。さらに、有利には鋼から製造されたピンが超音波接合法によって埋め込まれていてもよいし、ねじ込まれていてもよい。
【0029】
段部83はその金属の構成の点で耐摩耗性であるので、ディスク63をより肉薄に形成することができる。これに基づき、より僅かな重量と、減少させられた質量慣性モーメントとによる利点が得られる。
【0030】
図1〜図4に示した実施例とは異なり、出力軸33の軸方向運動への磁極管9の旋回運動の変換は種々異なる形式に置き換えることができる。原理的には、この変換は、案内路と、この案内路に沿って滑動する案内部材とから成る手段によって行われる。この場合、案内路または案内部材は、軸方向に移動可能な出力軸に作用結合されており、案内部材または案内路は、スタータの、出力軸と共に軸方向に運動しない部分に配置されている。この場合、磁極管9は、案内部材が磁極管9の所定の旋回運動時に案内路に沿って滑動するように、案内路または案内部材に作用結合されていなければならない。案内路と案内部材とは、案内路に沿った案内部材の滑動によって、出力軸33が軸方向運動を実施するように成形されていなければならない。図5に示した、磁極管9と、出力軸33に配置されたディスク63との一部を示した例では、案内路が磁極管9のアーム55によって形成される。しかも、ディスク63の切欠き75内に突入した磁極管アーム55の領域は、ディスク63に向かって減少するサイドフランク85,87を有している。両サイドフランク85,87は、切欠き75を仕切る段部89,91のための案内路を形成している。磁極管9が旋回させられると、段部89が磁極管9のサイドフランク85に沿って滑動するかまたは段部91が磁極管9のサイドフランク87に沿って滑動する。これによって、ディスク63が前進を被る。磁極管9のサイドフランク85;87における段部89;91の妨害を減少させるためには、段部89,91が丸み付けされている。
【0031】
上述した構成の案内路と案内部材との間の摩擦を減少させるためには、案内路と案内部材との間にボールまたはロール体が挿入されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 スタータの縦断面図である。
【図2】 磁極管と出力軸との第1の位置を伴ったスタータの一部を三次元的に示す図である。
【図3】 磁極管と出力軸との第2の位置を伴ったスタータの一部を三次元的に示す図である。
【図4】 磁極管と出力軸との第3の位置を伴ったスタータの一部を三次元的に示す図である。
【図5】 係合した磁極管アームを備えた、出力軸に配置されたディスクの一部を示す図である。
【符号の説明】
1 ハウジング部分、 3 ハウジング部分、 5 ステータ、 7 ロータ、 9 磁極管、 11 ステータ磁極、 13 モータ軸、 15 遊星歯車伝動装置、 17 サンギヤ、 19 プラネタリピニオン、 21 プラネタリピニオン、 23 インターナルギヤ、 25 中間支承体、 27 プラネタリキャリヤ、 29 入力軸、 31 連行スリーブ、 33 出力軸、 35 ヘリカルスプライン、 37 アウタレース、 39 オーバランニングクラッチ、 41 インナレース、 43 ピニオンスリーブ、 45 ピニオン、 47 リングギヤ、 49 軸受け、 51 軸受け、 53 軸受け、 55 アーム、 57 切欠き、 59 ストッパ、 61 ストッパ、 63 ディスク、 65 保持リング、 67 位置固定リング、 69 支持リング、 71 噛合いばね、 73 噛合い解除ばね、 75 切欠き、 77 膨出部、 79 突出部、 81 案内路、 83 段部、 85 サイドフランク、 87 サイドフランク、 89 段部、 91 段部
Claims (8)
- 内燃機関に用いられるスタータであって、当該スタータが、スタータモータ(5,7)と、該スタータモータ(5,7)によって駆動可能な入力軸(29)と、該入力軸(29)に作用結合された、該入力軸(29)の長手方向軸線の方向に移動可能な出力軸(33)とを有しており、該出力軸(33)が、内燃機関のリングギヤ(47)に噛合い可能なピニオン(45)を備えており、該ピニオン(45)をリングギヤ(47)に噛み合わせるための出力軸(33)の前進が、スタータモータ(5,7)のステータ(5)に設けられたエレメント(9)によって行われるようになっており、該エレメント(9)が、スタータモータ(5,7)の通電時にモータ軸線を中心とした所定の旋回運動を被るようになっている形式のものにおいて、ステータエレメント(9)の旋回運動を、出力軸(33)に作用する軸方向運動に直接変換する手段(55,63,77,79,85,87,89,91)が設けられていることを特徴とする、内燃機関に用いられるスタータ。
- 前記手段が、案内路(81,85,87)と、該案内路(81,85,87)に沿って滑動可能な案内部材(77,89,91)とから成っており、案内路(81,85,87)または案内部材(77,89,91)が、軸方向に移動可能な出力軸(33)に作用結合されており、案内部材(77,89,91)または案内路(81,85,87)が、当該スタータの、出力軸(33)と共に軸方向に運動しない部分(25)に配置されており、ステータエレメント(9)が、案内路(81,85,87)または案内部材(77,89,91)に作用結合されており、これによって、案内部材(77,89,91)が、ステータエレメント(9)の所定の旋回運動時に案内路(81,85,87)に沿って滑動するようになっており、該案内路(81,85,87)に沿った案内部材(77,89,91)の滑動によって出力軸(33)が軸方向運動を実施するように、案内路(81,85,87)と案内部材(77,89,91)とが成形されている、請求項1記載のスタータ。
- 出力軸(33)に、ほぼ半径方向に張り出したディスク(63)が支承されており、該ディスク(63)が、出力軸(33)の軸線を中心として回動可能であり、軸方向で前進方向でばね力(71)に抗して支持されている、請求項1または2記載のスタータ。
- ステータエレメント(9)が、形状接続的にかつ/または動力を伝達するようにディスク(63)に結合されており、これによって、ステータエレメント(9)の所定の旋回運動時に、ディスク(63)に設けられた案内部材(77)が、出力軸(33)の前進方向で上昇する案内路(81)に沿って滑動するようになっており、ディスク(63)が、出力軸(33)と共に軸方向運動を実施するようになっている、請求項2または3記載のスタータ。
- 案内路(85,87)または案内部材が、ステータエレメント(9)に配置されている、請求項2記載のスタータ。
- スタータモータのステータ(5)に所属する磁極管(9)が、モータ軸線を中心として旋回可能に支承されており、モータの通電時に生ぜしめられる、磁極管(9)に作用するトルクに抗して作用するばねエレメントが設けられている、請求項1から5までのいずれか1項記載のスタータ。
- ディスク(63)と当該スタータのハウジング(3)との間に、ディスク(63)ひいては出力軸(33)に所定のばね力を前進方向とは逆方向で加えるばねエレメント(73)が配置されている、請求項3記載のスタータ。
- 入力軸(29)が、出力軸(33)をヘリカルスプライン(35)を介して駆動するようになっている、請求項1から7までのいずれか1項記載のスタータ。
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