JP6528731B2 - スタータ - Google Patents
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Description
同スタータは、出力軸に設けられる捩れスプラインに嵌合するピニオンクラッチと、外部から制御される界磁コイルに付勢されてピニオンクラッチの外周に押し当てられる回転抑制部材とを有する。回転抑制部材によりピニオンクラッチの回転が抑制された状態で出力軸を回転させると、捩れスプラインの作用でピニオンクラッチが出力軸上を反モータ方向へ移動して、ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合う。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、出力軸に設けられるスプラインの捩れ角に左右されることなく、モータの回転を利用してピニオンを軸方向に押し出すことができるスタータを提供することにある。
また、ピニオンが出力軸の軸上を移動する際に、ピニオンの外周を押圧して回転を規制する必要がないので、特許文献1に開示されるスタータと比較して摺動ロスを小さくでき、結果的にモータの消費電力を抑制できる。
実施例1のスタータ1は、以下に説明するモータ2、遊星歯車装置、出力軸3、クラッチ4、ピニオン5、電磁ブレーキ装置、およびピニオン押出機構などを含んで構成される。
モータ2は、図1に示すように、固定子6と回転子7とを有し、正逆両方向に回転可能に構成される交流モータである。固定子6は、外殻を形成するヨーク8の内周に固定される固定子鉄心6aと、この固定子鉄心6aに巻装される三相の電機子巻線6bとを備え、インバータ(図示せず)より電機子巻線6bに三相交流が印加されて回転磁界を発生する。回転子7は、例えば、モータ2の回転軸(以下、モータ軸9と言う)の外周に嵌合する鉄心の内部に永久磁石を埋め込む埋込磁石型、あるいは鉄心の表面に永久磁石を貼り付ける表面磁石型として構成され、回転磁界に同期して回転する。なお、永久磁石を使わない突極形状の回転子7を採用することもできる。
以下、モータ隔壁10より反モータ室側に配置される各構成部品に対して、軸方向の一端側(図1の左側)を反モータ側と呼び、軸方向の他端側をモータ側と呼ぶ。
太陽歯車14は、モータ隔壁10より反モータ室側へ突き出るモータ軸9の一端側に設けられてモータ軸9と一体に回転する。なお、太陽歯車14は、モータ軸9と別体に設けてモータ軸9の外周に圧入嵌合あるいはセレーション嵌合等によってモータ軸9に固定する構成でも良い。
遊星歯車16は、遊星キャリア17に設けられる自転軸18に軸受19を介して回転自在に支持され、図2に示すように、周方向に等間隔に3個配置される。
クラッチ4は、カム室に配置されるローラ22を介してアウタ21からインナ23へトルクを伝達する一方、インナ23からアウタ21へのトルク伝達を遮断するローラ式の一方向クラッチである。但し、ローラ式に限定する必要はなく、例えば、スプラグ式の一方向クラッチでも良い。
ピニオン5は、図4に示すように、内周に雌側の捩れスプライン5aが形成され、この捩れスプライン5aが出力軸3の捩れスプライン28に噛み合って出力軸3の軸上を移動可能に配置される。
ブレーキ板29は、図2に示すように、周方向の3カ所に小径孔29aを有する円形プレートであり、モータ軸9と径方向に直交して配置される。このブレーキ板29は、小径孔29aに挿通されるボルト32をダミーピン24に形成される螺子孔に結合して遊星キャリア17に支持され、遊星キャリア17に対し相対回転が規制される。
摩擦板30は、ブレーキ板29と略同一の外径を有するリング状に設けられ、以下に説明する磁力発生部の軸方向端面に当接して配置されると共に、磁力発生部に対し周方向に回転規制される。
永久磁石35は、例えば、樹脂等の非磁性材料で形成される位置決め部材36を介して周方向の4カ所に位置決めされ、それぞれ径方向に着磁されている。
位置決め部材36の外周には、摩擦板30を周方向に回転規制するための係合溝36aが形成される。摩擦板30は、径方向の外周に複数の腕部30aが設けられ、この腕部30aを軸方向に折り曲げて係合溝36aに係合させることにより周方向に回転規制される。
ボビン37は、円環状のコイル保持体38と一体に設けられ、磁極ティースの周囲を三方(軸方向の反モータ側と周方向の両側)から囲むように配置される。
位置決め部材36は、永久磁石35の周方向位置をブレーキ磁極片34と合わせた状態で接着等によりコイル保持体38に固定される。
センタケース39は、図1に示すように、スタータハウジング26とヨーク8との間に配置されて、反モータ側の外周がスタータハウジング26の内周にインロー嵌合し、モータ側の外周がヨーク8の内周にインロー嵌合して固定される。また、センタケース39の反モータ側内周には、図3に示すように、軸方向と直交するプレート壁39aが一体に設けられ、このプレート壁39aの内周に軸受40が配置される。
カムシリンダ42は、ピニオン5の外周を軸方向に延びて配置されるシリンダ円筒部42aを有し、このシリンダ円筒部42aがスタータハウジング26に形成される円筒内周面に回転可能に保持される。カム溝41は、シリンダ円筒部42aの径方向に対向する2カ所(点対称の位置)に形成され、それぞれ、モータ側の始端と反モータ側の終端とがシリンダ円筒部42aの周方向で異なる位置に有し、始端から終端に向かってシリンダ円筒部42aの周方向に捩れて形成される。
係合プレート46は、内歯車15に設けられた円筒壁部20の外周に嵌合する大径筒部46aと、シリンダ底部42bに開口する丸孔に挿入されて凹凸嵌合する小径筒部46bとを有し、この小径筒部46bの外周が軸受40を介してセンタケース39に回転可能に支持される。
小径筒部46bは、軸受40(図3参照)に支持される外周面より反モータ側の全周に複数の凹部46dが等間隔に設けられ、この凹部46dとシリンダ底部42bに設けられる凸部42cとが凹凸嵌合して係合プレート46とカムシリンダ42との相対回転が規制される。また、小径筒部46bの反モータ側端部の全周に周溝46eが凹設され、この周溝46eに装着される止め輪(図1参照)によってカムシリンダ42の抜けが防止される。小径筒部46bの内周には、出力軸3の径大部(インナ23)と捩れスプライン28との間の外周を回転自在に支持する軸受47が配置される。
押出カラー44は、図1に示すように、ピニオン5の歯部5bよりモータ側の端部に配置されて、ピニオン5に対し相対回転可能、且つ、軸方向へ移動不能に組み付けられる。この押出カラー44は、シリンダ円筒部42aの内周に挿入されてシリンダ円筒部42aに対し相対回転可能かつ軸方向へ摺動可能に設けられ、径方向に対向する2カ所(点対称の位置)にピン挿入孔44aが形成される。
係合ピン45は、軸心方向の一端側がピン挿入孔44aに挿入され、他端側がピン挿入孔44aより径方向の外側へ突出してカム溝41及びストレート溝43に係合している(図5参照)。
ブレーキ解除コイル31がOFFの状態では、永久磁石35によって磁化されているブレーキ磁極片34にブレーキ板29が吸引されて摩擦板30に当接するため、ブレーキ板29と摩擦板30との間に生じる摩擦力によってブレーキ板29の回転が規制される。ブレーキ板29は、遊星キャリア17に対し相対回転が規制されているので、ブレーキ板29の回転が規制されることで遊星キャリア17の回転も規制される。遊星キャリア17の回転が規制された状態でインバータによりモータ2に通電されると、モータ軸9の回転が太陽歯車14から遊星歯車16に伝達されて、遊星歯車16が自転軸18を中心に回転(自転)する。その結果、内歯車15が太陽歯車14の回転方向と逆向きに回転し、その内歯車15の回転が係合プレート46を介してカムシリンダ42に伝達される。
ピニオン5がエンジンのリングギヤ(図示せず)に当接して反モータ方向への移動が一旦停止すると、その時点でカムシリンダ42の回転が規制されて内歯車15の回転が停止する。この後、モータ2の軸トルクがブレーキ板29と摩擦板30との間に生じる摩擦トルクより大きくなると、ブレーキ板29と摩擦板30との間に滑りが生じて遊星キャリア17が回転する。
ブレーキ解除コイル31が発生する磁界は、ブレーキ磁極片34に対して永久磁石35が形成する磁界を打ち消す方向に働く。すなわち、永久磁石35によるブレーキ板29を吸引する磁力がブレーキ解除コイル31への通電によって打ち消されるため、ブレーキ板29はコイルスプリング33に付勢されて摩擦板30から切り離される。これにより、遊星キャリア17の回転規制が解除されるので、モータ2のトルクが遊星歯車装置で増幅された後、クラッチ4を介して出力軸3に伝達される。その結果、出力軸3と一体にピニオン5が回転してリングギヤを回転駆動することでエンジンをクランキングする。
ピニオン5が出力軸3上の静止位置(図1に示す位置)まで後退した後、インバータによるモータ2への通電が停止される。
実施例1のスタータ1は、本発明の動力分割機構を構成する遊星歯車装置により、モータ2のトルクを遊星キャリア17に伝達する一方の系統と、内歯車15に伝達する他方の系統とに振り分けることができる。また、電磁ブレーキ装置によって遊星キャリア17の回転を規制することにより、モータ2のトルクを内歯車15より取り出すことができる。内歯車15の回転が係合プレート46を介してカムシリンダ42に伝達されると、ピニオン押出機構によりカムシリンダ42の回転運動が軸方向の直線運動に変換されてピニオン5に伝達されることでピニオン5を軸方向に移動させることができる。
2)実施例1のスタータ1は、ピニオン5が出力軸3上を移動する際に、ピニオン5の外周を押圧してピニオン5の回転を規制する必要がないので、特許文献1に開示されるスタータと比較して摺動ロスを小さくでき、結果的にモータ2の消費電力を抑制できる。
なお、実施例1と共通する部品および構成を示すものは、実施例1と同一の符号を付与し、詳細な説明は省略(実施例1を参照)する。
〔実施例2〕
実施例2は、図9に示すように、カムシリンダ42のシリンダ円筒部42aにストレート溝43を形成し、スタータハウジング26の円筒内周面にカム溝41を形成する事例である。
押出カラー44には、実施例1と同じく、ピン挿入孔44a(図8参照)に係合ピン45が挿入され、この係合ピン45の他端側がストレート溝43及びカム溝41に係合している。
この実施例2のスタータ1は、シリンダ円筒部42aにストレート溝43を形成し、スタータハウジング26の円筒内周面にカム溝41を形成すること以外は、実施例1と同じ構成を有するので実施例1と同様の効果を得ることができる。
実施例3は、図10に示すように、カムシリンダ42のシリンダ円筒部42aの内周に円筒部材49を配置し、この円筒部材49にストレート溝43を形成する事例である。
円筒部材49は、スタータハウジング26の内周に圧入等により固定されて軸方向及び周方向に移動不能である。
カムシリンダ42には、実施例1と同様に、シリンダ円筒部42aにカム溝41が形成されている(図11参照)。押出カラー44のピン挿入孔44aに挿入される係合ピン45は、ピン挿入孔44aより突き出る他端側が円筒部材49の板厚方向にストレート溝43を貫通してカム溝41に係合している。
この実施例3のスタータ1は、ストレート溝43をスタータハウジング26ではなく円筒部材49に形成し、その円筒部材49をカム溝41が形成されるシリンダ円筒部42aの内周側に配置したこと以外は、実施例1と同じ構成を有するので実施例1と同様の効果を得ることができる。
実施例4のスタータ1は、本発明に係る電磁ブレーキ装置の構成が実施例1とは異なり、電磁石の磁力を利用してブレーキ板29の回転を抑制する事例である。
電磁ブレーキ装置は、図12に示すように、通電により磁界を形成するブレーキコイル50と、このブレーキコイル50を軸方向の両側から挟み込むように配置される一対の磁極コア51、52とを有する。
一対の磁極コア51、52は、ブレーキコイル50への通電によりS極に磁化される一方の磁極コア51と、N極に磁化される他方の磁極コア52であり、図13に示すように、互いの磁極爪51a、52aがブレーキコイル50の内周で周方向に交互に噛み合うように配置される。つまり、S極に磁化される磁極爪51aとN極に磁化される磁極爪52aとが周方向に交互に配置される。
ブレーキ板29の回転が規制された状態、すなわち遊星キャリア17(図12参照)の回転が規制された状態でモータ2に通電すると、実施例1と同じく、ピニオン押出機構の働きによりピニオン5が出力軸3の軸上を反モータ方向へ移動してリングギヤに噛み合うことができる。
この実施例4においても、電磁ブレーキ装置により遊星キャリア17の回転が規制されることで内歯車15が太陽歯車14の回転方向と逆向きに回転し、その内歯車15の回転が係合プレート46を介してカムシリンダ42に伝達される。カムシリンダ42の回転運動は、ピニオン押出機構により軸方向の直線運動に変換されてピニオン5に伝達される。よって、出力軸3に設けられる捩れスプライン28の送りねじ作用を利用することなくピニオン5をリングギヤに向けて移動できるので、実施例1と同様の効果を得ることができる。
実施例5のスタータ1は、直流整流子モータ2を使用すると共に、電磁石のON/OFF動作に応じて作動する電磁ブレーキ装置と電磁クラッチ装置とを備える。
モータ2は、図14に示すように、界磁子を構成する固定子6と、電機子を構成する回転子7と、モータ軸9の端部に設けられる整流子(図示せず)と、この整流子の外周上に配置されるブラシ(図示せず)とを含んで構成される周知の直流整流子モータである。
界磁子は、ヨーク8の内周に複数の永久磁石を配置して構成される。但し、永久磁石に替えて界磁コイルを用いた電磁石界磁を採用することもできる。電機子は、強磁性体の薄板を複数枚積層してモータ軸9の外周に嵌合する電機子コアと、この電機子コアに形成されるスロットを介して電機子コアに巻装される電機子コイルとを有し、この電機子コイルが整流子を構成する各整流子セグメントに接続される。
ブレーキ&クラッチ板53は、図15に示すように、円環状の板ばね54を介して非磁性体のベース板55に結合され、そのベース板55に対し板ばね54が撓むことにより軸方向のモータ側へ移動可能に設けられる。このブレーキ&クラッチ板53には、磁気の流れを遮るための磁気遮断溝53aが形成される。磁気遮断溝53aは、ブレーキ&クラッチ板53の板厚方向に貫通して形成され、且つ、ブレーキ&クラッチ板53の略全周にわたって周方向に非連続となる円弧状に形成される。
板ばね54は、径方向の外周部でリベット等によりブレーキ&クラッチ板53に固定され、径方向の内周部でリベット等によりベース板55に固定される。
ブレーキ磁極片34は、図16に示すように、軸方向のモータ側が開口して径方向の内周側と外周側および軸方向の反モータ側の三方を閉じた円環状の磁路断面を形成する。
ブレーキコイル50は、ボビン56に巻回されてブレーキ磁極片34の内部空間に収容される。
摩擦板30は、例えば、ブレーキ磁極片34に固定されてブレーキ&クラッチ板53との間に僅かな隙間を有して配置される。なお、上記のベース板55が軸方向に移動可能な距離は、摩擦板30とブレーキ&クラッチ板53との間の距離より若干大きい。
クラッチ磁極片57は、図16に示すように、軸方向の反モータ側が開口して径方向の内周側と外周側および軸方向のモータ側の三方を閉じた円環状の磁路断面を形成する。
クラッチコイル58は、ボビン60に巻回されてクラッチ磁極片57の内部空間に収容される。
モータ回転板59は、図14、図15に示すように、モータ隔壁10に設けられるボス部10aの外周に嵌合するボールベアリング61を介して回転可能に支持され、径方向の中心部に空けられる非円形孔59aにモータ軸9の非円形断面部9aが挿入されてモータ軸9に対し相対回転が規制される。
モータ回転板59には、ブレーキ&クラッチ板53とクラッチ磁極片57との間にそれぞれ僅かな隙間を有して配置されるプレート状のクラッチ回転磁極62が一体に設けられる。クラッチ回転磁極62には、ブレーキ&クラッチ板53に形成される磁気遮断溝53aの径方向位置より内径側と外径側とにそれぞれ磁気の流れを遮るための磁気遮断溝62aが形成される。この磁気遮断溝62aは、図15に示すように、クラッチ回転磁極62の板厚方向に貫通して形成され、且つ、クラッチ回転磁極62の略全周にわたって周方向に非連続となる円弧状に形成される。
エンジンの始動要求に応答してブレーキコイル50及びモータ2に通電される。
ブレーキコイル50への通電によりブレーキ磁極片34が磁化されると、ブレーキ&クラッチ板53が吸引されて摩擦板30に当接するため、両者間に発生する摩擦力によってブレーキ&クラッチ板53の回転が規制される。これにより、ブレーキ&クラッチ板53に板ばね54を介して連結されるベース板55の回転が規制され、そのベース板55を支持する遊星キャリア17の回転が規制される。遊星キャリア17の回転が規制された状態でモータ軸9の回転が太陽歯車14から遊星歯車16に伝達されると、遊星歯車16が自転軸18を中心に自転することによって内歯車15が太陽歯車14の回転方向と逆向きに回転する。
図17に示す共線図は、左側の縦軸、中央の縦軸、右側の縦軸がそれぞれ太陽歯車14、遊星キャリア17、および内歯車15の回転方向と回転速度を表し、横軸と交差する点が回転速度0(停止)であり、横軸より上側が正回転方向、下側が逆回転方向を表している。左側の縦軸と中央の縦軸との間隔をX1、中央の縦軸と右側の縦軸との間隔をX2、内歯車15の歯数をZi、太陽歯車14の歯数をZsで表すと、X1:X2=Zi:Zsとなっている。
減速装置に遊星歯車機構を用いる従来のスタータでは、図中の実線で示されるように、内歯車15が固定された状態で、太陽歯車14の回転を入力として遊星キャリア17の回転速度まで減速して出力する。太陽歯車14の回転速度をNs、遊星キャリア17の回転速度をNcとすると、減速比は以下の(1)式によって表すことができる。
Nc:Ns=Zs:(Zi+Zs) ………………………………………(1)
∴ Nc=Ns×Zs/(Zi+Zs)
ピニオン5がリングギヤに当接した後、ブレーキ&クラッチ板53と摩擦板30との間に滑りが発生して遊星キャリア17が回転すると、ピニオン5の歯筋がリングギヤの歯溝と合致する位置までピニオン5が回転してリングギヤに噛み合う。内歯車15の回転が係合プレート46を介してカムシリンダ42に伝達された後、ピニオン押出機構の働きによりピニオン5が反モータ方向へ移動してリングギヤに噛み合うまでの動作は実施例1と同じである。
クランキングを経てエンジンが始動した後、クラッチコイル58に通電される。
クラッチコイル58への通電によって発生した磁界は、クラッチ磁極片57を磁化させ、さらにクラッチ回転磁極62及びブレーキ&クラッチ板53を磁化させる。これにより、クラッチ回転磁極62とブレーキ&クラッチ板53との間に吸引力が働き、その吸引力によってブレーキ&クラッチ板53が板ばね54を撓ませながらクラッチ回転磁極62に吸着される。
内歯車15の回転方向は、ピニオン5をリングギヤに向けて移動させる時と反対方向になるため、内歯車15の回転がピニオン5を反リングギヤ方向(モータ方向)へ移動させる戻し力に変換されて、ピニオン5がリングギヤから離脱して後退する。
実施例6のスタータ1は、実施例5と同じく直流整流子モータ2を使用し、且つ、実施例5で説明した電磁ブレーキ装置および電磁クラッチ装置をそれぞれヒステリシス式として構成した事例である。
以下、ヒステリシス式の電磁ブレーキ装置および電磁クラッチ装置の構成を図20、図21を参照して説明する。
電磁ブレーキ装置は、非磁性体であるプレート支持盤63にビス64で固定されるブレーキ板29と、センタケース39に固定されるブレーキ磁極片34と、通電により磁界を形成してブレーキ磁極片34を磁化させるブレーキコイル50とを含んで構成される。
ブレーキ板29は、例えば、永久磁石の材料として使用されるフェライト製であり、磁気ヒステリシス特性を有する。このブレーキ板29には、径方向の外周に軸方向の反モータ側へ屈曲するブレーキ円筒部29cが設けられる。
ブレーキ磁極片34は、ブレーキ円筒部29cを径方向の内周側と外周側から非接触に挟み込むように配置され、その内周側と外周側とにそれぞれ磁極を形成する複数の凸状部が周方向に一定の間隔を有して設けられる。
ブレーキコイル50は、ボビンに巻回されてブレーキ磁極片34に形成される内部空間に収容される。
クラッチ板65は、ブレーキ板29と同じくフェライト製であり、磁気ヒステリシス特性を有する。このクラッチ板65には、径方向の外周に軸方向のモータ側へ屈曲するクラッチ円筒部65aが設けられる。
クラッチ磁極片57は、軸方向の反モータ側が開口して径方向の内周側と外周側および軸方向のモータ側の三方を閉じた円環状の磁路断面を形成する。
クラッチコイル58は、ボビンに巻回されてクラッチ磁極片57の内部空間に収容される。このクラッチコイル58に通電されてクラッチ磁極片57が磁化されると、クラッチ磁極片57を介してクラッチ回転磁極62が磁化される。
エンジンの始動要求に応答してブレーキコイル50及びモータ2に通電される。
ブレーキコイル50への通電によりブレーキ磁極片34が磁化されると、内外の磁極に流れる磁束がブレーキ円筒部29cを板厚方向に貫くため、内外の磁極とブレーキ円筒部29cとの間に磁気的な制動力が働くことでブレーキ板29の回転が抑制される。これにより、ブレーキ板29が連結されるプレート支持盤63の回転が規制され、そのプレート支持盤63を支持する遊星キャリア17の回転が規制される。遊星キャリア17の回転が規制された状態でモータ軸9の回転が太陽歯車14から遊星歯車16に伝達されると、遊星歯車16が自転軸18を中心に回転(自転)することにより、内歯車15が太陽歯車14の回転方向と逆向きに回転する。内歯車15の回転が係合プレート46を介してカムシリンダ42に伝達された後、ピニオン押出機構の働きによりピニオン5が反モータ方向へ移動してリングギヤに噛み合うまでの動作は実施例1と同じである。
クランキングを経てエンジンが始動した後、クラッチコイル58に通電される。
クラッチコイル58への通電によりクラッチ磁極片57を介してクラッチ回転磁極62が磁化されると、内外の磁極に流れる磁束がクラッチ円筒部65aを板厚方向に貫くことで、クラッチ円筒部65aとクラッチ回転磁極62とが磁気的に結合される。
実施例7のスタータ1は、実施例5、6と同じく直流整流子モータ2を使用し、且つ、本発明の動力分割機構に差動歯車装置を採用した事例である。
差動歯車装置は、図22、図23に示すように、モータ軸9と同心に配置されて軸方向に対向する二つの大傘歯車66、67と、この二つの大傘歯車66、67に噛み合う複数の小傘歯車68と、シャフト69を介して小傘歯車68を回転自在に支持する円環状の傘歯車ホルダ70(図24参照)とを含んで構成される。
二つの大傘歯車66、67は、それぞれ回転中心に対して歯筋が放射状に延びて形成される傘歯形成部を有する駆動側大傘歯車66と従動側大傘歯車67であり、互いの傘歯形成部が軸方向に対向して配置される。
従動側大傘歯車67は、図24に示すように、傘歯形成部の外周より軸方向の反モータ側へ延びる円筒形状部に複数の突起部67aが設けられ、この突起部67aが係合プレート46に形成される位置決め溝46cに係合して係合プレート46との相対回転が規制される。
小傘歯車68は、シャフト69を中心に回転する自転運動と、モータ軸9を中心として傘歯車ホルダ70と一体に回転する公転運動とが可能である。
シャフト69は、一方の端部に設けられるシャフト頭部69aが挿通孔の内周に圧入等により嵌合して固定され、小傘歯車68より径方向の内側へ突き出る他方の端部がクラッチバレル72に形成される嵌合孔72aに嵌合して取り付けられる。
クラッチバレル72は、図23に示すように、遊星キャリア17のモータ側へ円筒状に延びて設けられ、嵌合孔72aが4箇所に穿設されている。
ピン本体71aは、図23に示すように、軸方向の長さが軸方向円筒部70bより若干長く形成され、貫通孔の内周を軸方向に摺動可能に設けられる。ピン端部71bは、径方向の寸法がピン本体71aの外径より若干小さく形成されて筒状に設けられる。
電磁ブレーキ装置と電磁クラッチ装置は、実施例5で説明したブレーキ&クラッチ板53をブレーキ板29とクラッチ板65とに分離して形成する以外、基本的な構成および作動は実施例5と同じである。
エンジンの始動要求に応答してブレーキコイル50及びモータ2に通電される。
ブレーキコイル50への通電によりブレーキ板29がブレーキ磁極片34に吸引されて摩擦板30に当接すると、摩擦板30との間に働く摩擦力によってブレーキ板29の回転が規制される。これにより、ブレーキ板29とクラッチ板65とを連結する連結ピン71を保持する傘歯車ホルダ70の回転が規制されるため、この傘歯車ホルダ70にシャフト69を介して支持される小傘歯車68の公転運動が規制される。
一方、モータ軸9の回転がモータ回転板59を介して駆動側大傘歯車66に伝達され、さらに駆動側大傘歯車66に噛み合う小傘歯車68に伝達されると、小傘歯車68がシャフト69を中心に回転(自転)することで従動側大傘歯車67が駆動側大傘歯車66の回転方向と逆向きに回転する。
ピニオン5がリングギヤに噛み合った後、ブレーキコイル50への通電が停止されると、ブレーキ板29に対する摩擦制動力が消滅してブレーキ板29の回転が許容されるため、傘歯車ホルダ70の回転規制が解除される。これにより、係合プレート46を介して回転が規制されている従動側大傘歯車67と、モータ軸9の回転が伝達されて回転する駆動側大傘歯車66との回転数差に応じて小傘歯車68が自転運動と公転運動を行い、その公転運動が傘歯車ホルダ70を介してクラッチバレル72に伝達される。その結果、モータ2のトルクがクラッチ4を介して出力軸3に伝達され、出力軸3と一体にピニオン5が回転してリングギヤを回転駆動することでエンジンをクランキングする。
クラッチコイル58への通電により、磁化されたクラッチ回転磁極62にクラッチ板65が吸着されることで、クラッチ板65および傘歯車ホルダ70がモータ軸9と同一方向に回転、或いは追従して回転しようとする。これにより、モータ回転板59を介してモータ軸9に連結される駆動側大傘歯車66と傘歯車ホルダ70とが同一回転することで従動側大傘歯車67も回転追従しようとする。この従動側大傘歯車67の回転方向は、駆動側大傘歯車66及び傘歯車ホルダ70と同一方向である。つまり、駆動側大傘歯車66、傘歯車ホルダ70、および従動側大傘歯車67が一体となって、モータ軸9と同一方向に回転する。
この従動側大傘歯車67の回転方向は、ピニオン5をリングギヤに向けて移動させる時と反対方向になるため、従動側大傘歯車67の回転がピニオン5を反リングギヤ方向へ移動させる戻し力に変換されて、ピニオン5がリングギヤから離脱して後退する。
なお、電磁ブレーキおよび電磁クラッチは、実施例6に記載したヒステリシス式を採用することもできる。
実施例8のスタータ1は、非接触式の電磁ブレーキ装置と、エンジンのクランキング時に内歯車15の回転を規制する回転規制装置とを備える事例である。
電磁ブレーキ装置は、図27に示すように、遊星歯車装置のダミーピン24にボルト32で固定されるリング状のブレーキ板29と、このブレーキ板29に対向して非接触に配置されるブレーキ磁極片34と、通電により磁界を形成してブレーキ磁極片34を磁化させるブレーキコイル50とを含んで構成される。
ブレーキ磁極片34は、ブレーキ板29に対向する反モータ側(図27の左側)が開口して径方向の内周側と外周側および軸方向モータ側の三方を閉じた円環状の磁路断面を形成し、ブレーキ板29との対向面に凹凸形状が周方向に連続して設けられている。このブレーキ磁極片34は、例えば、モータ隔壁10に固定される。
ブレーキコイル50は、図示しないボビンに巻回されてブレーキ磁極片34の内部空間に収容される。
磁極形成部73は、図29に示すように、強磁性体(例えば鉄製)によってリング形状に設けられ、固定磁極片74との対向面に凹凸形状が周方向に連続して設けられている。
固定磁極片74は、磁極形成部73に対向する反モータ側が開口して径方向の内周側と外周側および軸方向モータ側の三方を閉じた磁路断面を形成し、磁極形成部73との対向面に凹凸形状が周方向に連続して設けられている。この固定磁極片74は、例えば、ブレーキ磁極片34と一体に構成されてモータ隔壁10に固定される。
回転規制コイル75は、図示しないボビンに巻回されて固定磁極片74の内部空間に収容される。
エンジンの始動要求に応答してブレーキコイル50及びモータ2に通電される。
ブレーキコイル50への通電によりブレーキ磁極片34が磁化されると、図30に示すように、ブレーキ磁極片34とブレーキ板29との間を流れる磁束ΦAが発生する。この磁束ΦAは、ブレーキ磁極片34とブレーキ板29との間で磁気抵抗が最も小さくなる互いの凸部同士の間を流れようとするため、両者の凸部間に磁気吸引力が働き、その磁気吸引力によってブレーキ板29の回転が規制される。
内歯車15の回転がピニオン移動機構を介してピニオン5に伝達され、ピニオン5がリングギヤに噛み合うまでの動作は、実施例1と同じである。
ピニオン5がリングギヤに噛み合った後、ブレーキコイル50への通電が停止され、且つ、回転規制コイル75に通電される。
クランキング時には、エンジンのトルク変動によってリングギヤの相対回転速度がピニオン5より速くなる、言い換えると、ピニオン5がリングギヤによって回されることがある。この時、カムシリンダ42の回転が規制されていないと、カムシリンダ42がモータ2の回転方向と同方向に回転してピニオン5に戻し力(図27の右方向へ押し戻す力)が加わるため、ピニオン5がリングギヤから離脱する恐れがある。
なお、実施例8に記載した回転規制装置は、実施例1〜7に記載したスタータ1にも適用できる。
実施例1では、交流モータ2を使用する事例を記載したが、回転方向を切り替えるための正逆転回路を備えた直流モータを採用することも可能である。
実施例1、5、7に記載した電磁ブレーキ装置は、ブレーキ磁極片34とブレーキ板29(実施例5はブレーキ&クラッチ板53)との間に摩擦板30を配置しているが、摩擦板30を廃止することもできる。つまり、摩擦板30は、ブレーキ板29との間で安定した摩擦係合を得るために使用するので、ブレーキ板29とブレーキ磁極片34との摩擦係合によってブレーキ板29の回転を確実に規制できるだけの制動力を得ることができれば、必ずしも摩擦板30を使用する必要はない。
実施例3では、円筒部材49にストレート溝43が形成され、カムシリンダ42にカム溝41が形成されるが、円筒部材49にカム溝41を形成して、カムシリンダ42にストレート溝43を形成することもできる。
3 出力軸 5 ピニオン
9 モータ軸(モータの回転軸) 14 太陽歯車
15 内歯車(第2出力部) 16 遊星歯車
17 遊星キャリア(第1出力部) 18 自転軸
26 スタータハウジング(固定部材) 28 出力軸の捩れスプライン
29 ブレーキ板 29b 波型リング部
29c ブレーキ円筒部 30 摩擦板(吸着部材)
31 ブレーキ解除コイル 34 ブレーキ磁極片
35 永久磁石 41 カム溝
42 カムシリンダ 42a シリンダ円筒部
43 ストレート溝 44 押出カラー(伝達部材)
45 係合ピン 49 円筒部材(固定部材)
50 ブレーキコイル 51、52 磁極コア
53 ブレーキ&クラッチ板(ブレーキ板、クラッチ板)
57 クラッチ磁極片 58 クラッチコイル
59 モータ回転板 62 クラッチ回転磁極
65 クラッチ板 65a クラッチ円筒部
66 駆動側大傘歯車 67 従動側大傘歯車(第2出力部)
68 小傘歯車 69 シャフト(自転軸)
70 傘歯車ホルダ(第1出力部) 73 磁極形成部
74 固定磁極片 75 回転規制コイル
Claims (25)
- 電力の供給を受けてトルクを発生するモータ(2)と、
このモータのトルクを入力して一方と他方の二系統に分割できる機能を有すると共に、前記一方の系統に分割されたトルクを取り出す第1出力部(17、70)と前記他方の系統に分割されたトルクを取り出す第2出力部(15、67)を有する動力分割機構と、
前記第1出力部に取り出されたトルクが伝達されて回転する出力軸(3)と、
この出力軸の外周にスプライン嵌合して前記出力軸の軸上を移動可能に設けられるピニオン(5)と、
前記第2出力部に取り出されたトルクが伝達されて回転するカムシリンダ(42)を有し、このカムシリンダの回転運動を軸方向の直線運動に変換して前記ピニオンに伝達するピニオン押出機構と、
前記第1出力部に連結される強磁性体のブレーキ板(29、53)を有し、磁力を利用して前記ブレーキ板の回転を規制できる電磁ブレーキ装置とを備えるスタータ(1)。 - 請求項1に記載したスタータにおいて、
前記動力分割機構は、前記電磁ブレーキ装置により前記ブレーキ板の回転が規制されることにより、前記モータのトルクが前記第2出力部に取り出されて、前記第2出力部が前記モータの回転方向と反対方向に回転し、
前記ピニオン押出機構は、前記第2出力部が前記モータの回転方向と反対方向に回転するときに、前記ピニオンに軸方向の押出力を付与して前記ピニオンをエンジンのリングギヤに向けて移動させることを特徴とするスタータ。 - 請求項1または2に記載したスタータにおいて、
前記動力分割機構は、
前記モータの回転軸(9)に設けられる太陽歯車(14)と、
この太陽歯車の回転中心と同心に配置されて回転可能に設けられる内歯車(15)と、
前記太陽歯車と前記内歯車とに噛み合って自転運動と公転運動が可能な遊星歯車(16と、
自転軸(18)を介して前記遊星歯車を回転自在に支持する遊星キャリア(17)とを有する遊星歯車装置によって構成され、
前記遊星キャリアが前記第1出力部として設けられ、前記内歯車が前記第2出力部として設けられることを特徴とするスタータ。 - 請求項1または2に記載したスタータにおいて、
前記動力分割機構は、
前記モータに駆動されて回転する駆動側大傘歯車(66)と、
この駆動側傘歯車と軸方向に対向して回転可能に配置される従動側大傘歯車(67)と、
前記駆動側大傘歯車と前記従動側大傘歯車とに噛み合って自転運動と公転運動が可能な小傘歯車(68)と、
自転軸を介して前記小傘歯車を回転自在に支持する傘歯車ホルダ(70)とを有する差動歯車装置によって構成され、
前記傘歯車ホルダが前記第1出力部として設けられ、前記従動側大傘歯車が前記第2出力部として設けられることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記第2出力部に取り出される前記モータのトルクが伝達されて前記カムシリンダと一体に回転する強磁性体の磁極形成部(73)を有し、磁力を利用して前記磁極形成部の回転を規制することで前記カムシリンダの回転を規制できる回転規制装置を備え、
前記ピニオン押出機構は、前記ピニオンがエンジンのリングギヤに噛み合ってエンジンをクランキングする際に、前記回転規制装置により前記カムシリンダの回転が規制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記モータの回転軸(9)に連結されて前記回転軸と一体に回転する強磁性体のモータ回転板(59)と、前記ブレーキ板と一体に設けられる、または、前記ブレーキ板と別体に設けられて前記遊星キャリアに連結される強磁性体のクラッチ板(53、65)とを有し、前記モータ回転板と前記クラッチ板との間を磁気的に結合できる電磁クラッチ装置を備え、
前記動力分割機構は、前記電磁ブレーキ装置が前記ブレーキ板の回転を許容している状態で、前記電磁クラッチ装置により前記モータ回転板と前記クラッチ板との間が磁気的に結合されると、前記モータのトルクが前記第1出力部と前記第2出力部とに分割されて、前記第2出力部が前記モータの回転方向と同方向に回転することを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記電磁ブレーキ装置は、
前記ブレーキ板に対向して配置されるブレーキ磁極片(34)と、
このブレーキ磁極片を磁化する永久磁石(35)と、
通電により磁界を形成し、この磁界が前記ブレーキ磁極片に対して前記永久磁石が形成する磁界を打ち消す方向に働くブレーキ解除コイル(31)とを有し、
前記ブレーキ板は、前記ブレーキ解除コイルが非通電の時に前記ブレーキ磁極片に吸引されて摩擦により回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記電磁ブレーキ装置は、
前記ブレーキ板に対向して配置されるブレーキ磁極片(34)と、
通電により磁界を形成して前記ブレーキ磁極片を磁化するブレーキコイル(50)とを有し、
前記ブレーキ板は、前記ブレーキコイルが通電された時に、前記ブレーキ磁極片に吸引されて摩擦により回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記電磁ブレーキ装置は、
前記ブレーキ板が磁気ヒステリシス特性を有し、そのブレーキ板の一部を軸方向に折り曲げて形成されるブレーキ円筒部(29c)と、
前記ブレーキ円筒部を径方向の内周側と外周側から非接触に挟み込んで配置されるブレーキ磁極片(34)と、
通電により磁界を形成して前記ブレーキ磁極片を磁化するブレーキコイル(50)とを有し、
前記ブレーキ板は、前記ブレーキコイルが通電された時に、前記ブレーキ磁極片と前記ブレーキ円筒部との間に働く磁気的な制動力によって回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記電磁ブレーキ装置は、
通電により磁界を形成するブレーキコイル(50)と、
周方向に等間隔に配置される複数の磁極爪(51a、52a)を有し、前記ブレーキコイルへの通電により前記磁極爪が磁化されて周方向にS極とN極とが交互に形成される環状の磁極コア(51、52)とを備え、
前記ブレーキ板は、前記磁極爪の内周に対向して配置され、且つ、周方向に凹凸形状が連続して形成される波型リング部(29b)を有し、前記ブレーキコイルが通電された時に、磁化された前記磁極爪と前記波型リング部との間に生じる静止トルクによって回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記電磁ブレーキ装置は、
前記ブレーキ板に対向して非接触に配置されるブレーキ磁極片(34)と、
通電により磁界を形成して前記ブレーキ磁極片を磁化するブレーキコイル(50)とを有し、
前記ブレーキ板と前記ブレーキ磁極片は、互いの対向面にそれぞれ周方向に凹凸形状が連続して設けられ、前記ブレーキコイルへの通電により、互いの前記凹凸形状の凸部同士の間に磁気吸引力が働くことで前記ブレーキ板の回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項5に記載したスタータにおいて、
前記回転規制装置は、
前記磁極形成部に対向して非接触に配置される固定磁極片(74)と、
通電により磁界を形成して前記固定磁極片を磁化する回転規制コイル(75)とを有し、
前記磁極形成部と前記固定磁極片は、互いの対向面にそれぞれ周方向に凹凸形状が連続して設けられ、前記回転規制コイルへの通電により、互いの前記凹凸形状の凸部同士の間に磁気吸引力が働くことで前記磁極形成部の回転が抑制されることを特徴とするスタータ。 - 請求項6に記載したスタータにおいて、
前記電磁クラッチ装置は、
前記モータ回転板と一体に設けられて、前記クラッチ板に対向して配置されるクラッチ回転磁極(62)と、
このクラッチ回転磁極に対向して軸方向の反クラッチ板側に配置されるクラッチ磁極片(57)と、
通電により磁界を形成して前記クラッチ磁極片を磁化するクラッチコイル(58)とを有し、
前記クラッチ板は、前記クラッチコイルへの通電により前記クラッチ磁極片に吸引されて前記クラッチ回転磁極に吸着されることで前記モータ回転板と磁気的に連結されることを特徴とするスタータ。 - 請求項6に記載したスタータにおいて、
前記電磁クラッチ装置は、
磁気ヒステリシス特性を有する前記クラッチ板の一部を軸方向に折り曲げて形成されるクラッチ円筒部(65a)と、
前記モータ回転板と一体に設けられて、前記クラッチ円筒部を径方向の内周側と外周側から非接触に挟み込んで配置されるクラッチ回転磁極(62)と、
このクラッチ回転磁極に対向して配置されるクラッチ磁極片(57)と、
通電により磁界を形成して前記クラッチ磁極片を磁化するクラッチコイル(58)とを有し、
前記クラッチ板は、前記クラッチコイルへの通電により、前記クラッチ磁極片を介して磁化される前記クラッチ回転磁極と前記クラッチ円筒部との間に働く磁気的な結合力により前記モータ回転板と磁気的に連結されることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記ピニオン押出機構は、
前記ピニオンの外周を軸方向に延びて配置されるシリンダ円筒部(42a)を有し、このシリンダ円筒部に軸方向の始端から終端に向かって周方向に捩れたカム溝(41)が形成される前記カムシリンダと、
前記シリンダ円筒部の径方向外側または内側に配置されて軸方向及び周方向に固定され、且つ、前記カム溝と軸方向に交差するストレート溝(43)が形成される固定部材(26、49)と
前記カム溝と前記ストレート溝とが交差する部位に配置されて前記カム溝と前記ストレート溝とに係合する係合ピン(45)と、
前記カムシリンダの回転に伴い前記ストレート溝内を軸方向へ移動する前記係合ピンの移動を前記ピニオンに伝達する伝達部材(44)とを有することを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記ピニオン押出機構は、
前記ピニオンの外周を軸方向に延びて配置されるシリンダ円筒部(42a)を有し、このシリンダ円筒部に軸方向に沿って延びるストレート溝(43)が形成された前記カムシリンダと、
前記シリンダ円筒部の径方向外側または内側に配置されて軸方向及び周方向に固定され、且つ、前記ストレート溝と斜めに交差するカム溝(41)が形成される固定部材(26、49)と、
前記ストレート溝と前記カム溝とが交差する部位に配置されて前記ストレート溝と前記カム溝とに係合する係合ピン(45)と、
前記カムシリンダの回転に伴い前記ストレート溝内を軸方向へ移動する前記係合ピンの移動を前記ピニオンに伝達する伝達部材(44)とを有することを特徴とするスタータ。 - 請求項15に記載したスタータにおいて、
前記固定部材は、スタータハウジング(26)であり、このスタータハウジングは、前記シリンダ円筒部の外周面に対向する円筒内周面を有し、この円筒内周面に前記ストレート溝が形成されることを特徴とするスタータ。 - 請求項16に記載したスタータにおいて、
前記固定部材は、スタータハウジング(26)であり、このスタータハウジングは、前記シリンダ円筒部の外周面に対向する円筒内周面を有し、この円筒内周面に前記カム溝が形成されることを特徴とするスタータ。 - 請求項15に記載したスタータにおいて、
前記固定部材は、スタータハウジング(26)に固定されて軸方向及び周方向に移動不能に配置される円筒部材(49)であり、この円筒部材に前記ストレート溝が形成されることを特徴とするスタータ。 - 請求項16に記載したスタータにおいて、
前記固定部材は、スタータハウジング(26)に固定されて軸方向及び周方向に移動不能に配置される円筒部材(49)であり、この円筒部材に前記カム溝が形成されることを特徴とするスタータ。 - 請求項15〜20のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記伝達部材は、前記係合ピンを保持して前記ピニオンに対し相対回転可能かつ軸方向へ移動不能に組み付けられることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜21のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記ピニオンは、前記出力軸に設けられる捩れスプライン(28)に嵌合することを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜21のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記ピニオンは、前記出力軸に設けられる直スプラインに嵌合することを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜23のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記モータは、正逆両方向に回転可能に構成される直流モータまたは交流モータであることを特徴とするスタータ。 - 請求項1〜23のいずれか一項に記載したスタータにおいて、
前記モータは、直流整流子モータであることを特徴とするスタータ。
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