专利名称：具有与内燃机的环齿轮啮合的小齿轮的马达驱动的启动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及马达驱动的发动机启动机，其具有小齿轮来与发动机的环齿轮啮合。
背景技术：
JP-Y2-55-45900公开了一种启动机，其具有启动马达、输出轴、花键管、小齿轮和具有驱动弹簧的电磁开关。输出轴和花键管通过螺旋形花键连接来连接，使得当电磁开关工作时，电磁开关通过杠杆推动小齿轮，以啮合发动机的环齿轮。
然而，有相当大的可能性，诸如40％-60％，在这样的启动机中小齿轮不能完全啮合环齿轮。为了提供小齿轮与环齿轮的完全啮合，启动马达在驱动弹簧的弹簧力下用力旋转小齿轮。在这样的情况下，小齿轮和环齿轮遭遇相当大的震动，且可能磨损或者破裂。
尽管在启动马达工作前小齿轮在小齿轮弹簧和驱动弹簧的组合弹簧力下通过螺旋形花键连接旋转了一些，但是小齿轮弹簧和驱动弹簧没有设置为允许小齿轮旋转合适的角度来增加完全啮合的可能性。换句话说，没有压缩小齿轮弹簧来为小齿轮提供合适的行程，以围绕输出轴以这样的合适角度旋转。
本发明是在考虑了所述问题的情况下进行的，且具有解决所述问题的目的。
发明内容
根据本发明的一个特征，一种发动机启动机包括电动马达、在电动马达和电源之间连接的主开关、输出轴、设置在电动马达和输出轴之间的第一花键连接部件、设置在输出轴的端部来与发动机的环齿轮啮合或者断开的小齿轮、设置在输出轴和小齿轮之间的第二花键连接部件、设置在输出轴和小齿轮之间来朝着环齿轮施加其弹簧力到小齿轮的小齿轮弹簧、连接到输出轴的杠杆、连接到杠杆以当其被激励时朝着环齿轮驱动输出轴且当杠杆移动到预定的位置时开启主开关的电磁开关、设置在输出轴和电磁开关之间以当电磁开关朝着环齿轮驱动输出轴时施加其弹簧力到小齿轮的驱动弹簧。第一和第二花键连接部件中的至少一个包括这样一个花键连接部件，当螺旋形连接部件被电磁开关朝着环齿轮驱动时，该花键连接部件使小齿轮相对于输出轴旋转预定的角度，该角度等于或者大于预定的齿距的一半。为此，小齿轮弹簧的弹簧常数设置为比驱动弹簧要小，使得小齿轮弹簧可以在驱动弹簧压缩之前被压缩，以提供允许小齿轮在主开关关闭以前围绕输出轴旋转预定的角度的行程。
因此，小齿轮可以在其被马达驱动以前以高可能性与环齿轮啮合，诸如98％的可能性。这有效地减小了施加到环齿轮和小齿轮的冲击震动。
在所述的发动机启动机中，优选的，第一花键连接部件包括螺旋形花键连接部件；以及第二花键连接部件包括直花键连接部件。在所述的发动机启动机中，第一花键连接部件可以包括支承输出轴的花键管。
通过研究下面的详细描述、后附的权利要求书和附图可以明白本发明的其它目的、特征和特性，以及本发明的相关部分的功能。在附图中图1是根据本发明的优选实施例的启动机的片段截面纵向视图，其中，线A-A以上显示的输出轴表示其固定状态，线A-A以下显示的输出轴表示啮合状态，其中，小齿轮与发动机的环齿轮啮合，以及线B-B以上显示的柱塞表示当启动机的主开关关闭时的固定状态，线B-B以下显示的柱塞表示当主开关开启时的工作状态。
图2A是示出了根据优选实施例的启动机的工作的示意图，图2B是启动机的小齿轮的片段平面图；图3A是示出了根据优选实施例的启动机的工作的示意图，图3B是小齿轮的片段平面图；图4是示出了根据优选实施例的启动机的工作的示意图；图5是示出了根据优选实施例的启动机的工作的示意图；以及图6是显示电磁开关的柱塞的行程和施加到该柱塞的载荷之间的关系的图。
具体实施例方式
参考附图来描述根据本发明的优选实施例的启动机。
如图1所示，启动机1包括直流马达2、输出轴3、连接到减速机构的单向离合器4、由输出轴3的端部支承的小齿轮5、转换杆6、电磁开关7、中间壳体16、外壳18等。减速机构容纳在中间壳体16中，且连接到马达2，以通过预定的比例减小马达的转速。单向离合器4也容纳在中间壳体16中，以在一个旋转方向上连接输出轴3和减速机构。电磁开关7通过转换杆6驱动马达的主开关，且推动小齿轮5，以啮合发动机的环齿轮20。
当主开关由电磁开关7开启时，从车辆电池31给直流马达2供给直流电，使得马达2的马达轴9a可以旋转。
减速机构包括形成在马达轴9a的前端的表面上的太阳齿轮10、同轴地围绕太阳齿轮10的环形内齿轮11、设置在太阳齿轮10和内齿轮11之间的多个行星齿轮12、齿轮轴13和托架14。太阳齿轮10、内齿轮11和行星齿轮相互啮合，使得行星齿轮12的回转可以通过齿轮轴13传送到托架14。马达轴9a的前端由分隔部件9b通过轴承9c支承。
单向离合器4是滚柱类型的离合器，其包括离合器外部件4a、多个滚柱4b和离合器内部件4c，其在下面有时称为花键管。
离合器外部件4a与托架14一体形成，且具有圆柱形内表面，其中形成多个凸轮腔(没有显示)。
滚柱4b分别设置在凸轮腔中，使得当离合器外部件4a由减速机构在一个方向上旋转时，滚柱4b可以在凸轮腔和离合器内部件4c的周围表面之间接合。这样，直流马达的转矩可以从离合器外部件4a传送到离合器内部件4c。
离合器内部件4c具有圆柱形外表面，其由中间壳体16通过在其与马达2相对的端部处的轴承15支承。离合器内部件4c也具有圆柱形内表面，其上形成螺旋形内花键4d。制动器17也形成在离合器内部件4c的内表面上，其中，轴承15设置在其外表面上。
因为离合器外部件4a和减速机构的托架一体形成，所以轴承9b支承离合器内部件4c的后端，以及减速机构。因此，单向离合器和减速机构的总体轴向长度可以极大地减小。
马达2具有马达轴9a、轭8a，以及中间壳体16设置在轭8a和外壳18之间。外壳18通过轴承19支承输出轴3。
输出轴3具有带有螺旋形外花键3a的后端，以及在其外表面上具有多个直的外花键3b的前端。输出轴3的后端插入离合器内部件4c的内部，以使螺旋形外花键3a与离合器内部件4c的螺旋形内花键4d啮合。输出轴3在其后端的轴向中心处具有纵向凹部3c，以保存润滑油和减小重量。
小齿轮5具有内表面，其上形成多个直的内花键5b，以啮合输出轴3的外花键3b。小齿轮弹簧21插入小齿轮5的内部，以朝着环齿轮20偏置小齿轮5。轴环22在输出轴的前端固定到输出轴3的外表面，以限制小齿轮5过分向前推进。当小齿轮弹簧收缩时，小齿轮5也由小齿轮弹簧21限制向后移动，小齿轮弹簧21被完全压缩。
外、内螺旋形花键3a、4d和外、内直花键3b、5b的长度以及其它形状和尺寸设计为使得当输出轴3在马达2的主开关开启以前移动时，小齿轮5可以从小齿轮5接触环齿轮的位置旋转大于相应于小齿轮5的齿轮的齿距的一半的角度，而没有齿轮啮合。
电磁开关7包括当启动开关28开启时激励的螺线管23、由激励的螺线管23驱动到右边的柱塞24、当螺线管23未激励时将柱塞24收回到左边的返回弹簧25，以及插入到柱塞24中来连接转换杆6和柱塞24的钩部件26。驱动弹簧27设置在柱塞24和钩部件26之间。小齿轮弹簧21和驱动弹簧27的弹簧常数和初始载荷设计为使得当小齿轮5撞击环齿轮20而没有与其啮合时，小齿轮弹簧21可以在驱动弹簧27以前被压缩，且阻止了进一步的运动。在该实施例中，驱动弹簧27的弹簧常数和初始载荷比小齿轮弹簧21要大。
如图2A-5所示，马达2的主开关包括一对固定触点29和可移动触点30。电磁开关7包括压力弹簧(没有显示)，当主开关开启时，该压力弹簧以预定的接触压力靠着固定触点29偏压可移动的触点。
当启动开关28开启来激励启动机1的电磁开关7的螺线管23时，柱塞24被拉到右侧，以通过转换杆6向前(或者朝左)驱动输出轴3。因此，输出轴3通过其螺旋形外花键3a与离合器内部件4c的螺旋形内花键4d的螺旋形花键连接来旋转。这样，小齿轮5继续移动，直到小齿轮5啮合环齿轮20或者在完全啮合前由环齿轮20的一部分停止。
如果小齿轮5完全啮合环齿轮20，如图5所示，那么马达2的主开关29、30在由包括在电磁开关7中的压力弹簧(没有显示)施加的弹簧力下开启。结果，电枢9通过减速机构来旋转输出轴3，以通过环齿轮20曲柄转动发动机。
如果小齿轮5由环齿轮20的一部分5停止而没有啮合，那么输出轴3由电磁开关通过驱动弹簧27和杠杆6克服小齿轮弹簧21的弹簧力进一步向前移动，如图3A所示，其中，小齿轮5准备与环齿轮20完全啮合。此时，柱塞从位置b移动到位置d，如图6所示。顺便提及，F1表示柱塞24的拉力，F2表示返回弹簧25的载荷，F3表示小齿轮弹簧21的载荷，F4表示驱动弹簧27的载荷，以及F5表示压力弹簧的载荷。
从小齿轮弹簧21的角度来看，这意味着小齿轮5沿着输出轴3向右移动了行程或者距离L，如图3A所示，且柱塞的载荷从图6中的点b变化到点c。因此，小齿轮5通过螺旋形花键连接旋转了相应于如图3B所示的小齿轮5的齿距的一半或者更多的角度，直到小齿轮5完全啮合环齿轮20。
如果小齿轮5由于小齿轮5和环齿轮20的齿轮边缘的干涉而阻碍其旋转，那么柱塞进一步移动到左边来闭合主开关29、30来操作马达2。结果，马达2通过减速机构、单向离合器和输出轴3来强制旋转小齿轮5，如图4所示。然后，柱塞24从位置c移动到位置f，使得小齿轮5由小齿轮弹簧21的弹簧力F3和驱动弹簧27的弹簧力F4推动到完全啮合环齿轮20。
根据测试结果，小齿轮5可以在主开关29、30开启以前以大约98％的可能性啮合环齿轮20。结果，防止小齿轮5和环齿轮20磨损。
作为所述实施例的改进，可以交换离合器内部与输出轴的连接和小齿轮与输出轴的连接之间的螺旋形花键连接和直花键连接。还可以为离合器内部与输出轴的连接和小齿轮与输出轴的连接都提供螺旋形花键连接。
在本发明的前述描述中，本发明参考其特定的实施例来公开。然而，很明显，在不偏离由后附的权利要求书阐明的本发明的范围的情况下可以进行对本发明的特定实施例的各种改进和变化。因此，本发明的说明书被认为是示例性的，而不是限制性的。
权利要求
1.一种发动机启动机，其包括电动马达(2)；用于供给电力到所述电动马达(2)的主开关(29、30)；输出轴(3)；设置在电动马达(2)和输出轴(3)之间的第一花键连接部件(3a、4d)；设置在所述输出轴(3)的端部来与发动机的环齿轮(20)啮合或者断开的小齿轮(5)；设置在所述输出轴(3)和所述小齿轮(5)之间的第二花键连接部件(3b、5b)；设置在所述输出轴(3)和所述小齿轮(5)之间来朝着环齿轮(20)施加其弹簧力到所述小齿轮(5)的小齿轮弹簧(21)；电磁开关，当所述电磁开关被激励时朝着环齿轮(20)驱动所述输出轴(3)且当所述电磁开关的一部分(6)移动到预定的位置时开启所述主开关(29、30)；驱动弹簧(27)，该驱动弹簧(27)设置在所述输出轴(3)和所述电磁开关之间以便当所述电磁开关朝着环齿轮(20)驱动所述输出轴(3)时施加其弹簧力到所述小齿轮(5)，其特征在于所述第一和第二花键连接部件(31、4c、3b、5b)中的至少一个包括这样一个花键连接部件，当所述螺旋形连接部件被所述电磁开关朝着环齿轮(20)驱动时，该花键连接部件使所述小齿轮相对于所述输出轴(3)旋转预定的角度，该角度等于或者大于所述小齿轮(5)的预定的齿距的一半；以及所述小齿轮弹簧(21)具有比所述驱动弹簧(27)的弹簧常数要小的弹簧常数，使得所述小齿轮弹簧(21)可以被压缩，以提供允许所述小齿轮(5)在所述主开关(29、30)闭合之前围绕所述输出轴(3)旋转预定的角度的行程(在图3A中为L)。
2.如权利要求1所述的发动机启动机，其特征在于所述第一花键连接部件(3a、4c)包括螺旋形花键连接部件；以及所述第二花键连接部件(3b、5b)包括直花键连接部件。
3.如权利要求1所述的发动机启动机，其特征在于所述第一花键连接部件(3a、4c)包括直花键连接部件；以及所述第二花键连接部件(3b、5b)包括螺旋形花键连接部件。
4.如权利要求1所述的发动机启动机，其特征在于所述第一和第二花键连接部件(3a、4c、3b、5b)分别包括螺旋形花键连接部件。
5.如权利要求1所述的发动机启动机，其特征在于所述第一花键连接部件(3a、4c)包括支承所述输出轴(3)的花键管(4c)。
6.如权利要求1所述的发动机启动机，其特征在于所述输出轴(3)具有凹部(3c)来保存润滑油。
7.如权利要求1所述的发动机启动机，还包括用于限制所述小齿轮(5)过度收缩的部件(21)。
8.如权利要求5所述的发动机启动机，还包括具有离合器外部件(4a)和离合器内部件(4c)的单向离合器(4)，以及在所述单向离合器(4)和所述电动马达(2)之间连接的减速机构(10、11、12、13、14)，其中，所述花键管(4c)形成在所述离合器内部件(4c)中。
9.如权利要求8所述的发动机启动机，其特征在于所述减速机构包括行星齿轮机构(10、11、12、13、14)，其包括太阳齿轮(10)、内齿轮(11)、多个行星齿轮(12)和托架(14)；以及所述托架(14)与离合器外部件(4a)成一体。
10.如权利要求8所述的发动机启动机，其特征在于所述减速机构(10、11、12、13、14)和所述单向离合器(4)一体形成为具有由一对轴承(9c、15)共同地支承的相对端的单元。
全文摘要
启动机包括马达(2)、输出轴(3)、设置在马达和输出轴之间的第一花键连接部件(4a、4d)、与发动机的环齿轮(20)啮合的小齿轮(5)、设置在输出轴和小齿轮之间的第二花键连接部件(3b、5b)、朝着环齿轮施加其弹簧力到小齿轮(5)的小齿轮弹簧(21)、杠杆(6)、当其被激励时朝着环齿轮(20)驱动输出轴(3)且当杠杆(6)移动到预定的位置时操作马达(2)的电磁开关、当电磁开关朝着环齿轮(20)驱动输出轴(3)时施加其弹簧力到小齿轮(5)的驱动弹簧(27)。当螺旋形连接部件(3a、4d)被所述电磁开关朝着环齿轮(20)驱动时，第一和第二花键连接部件(3a、4d)使小齿轮(5)相对于输出轴旋转大于小齿轮的齿距的一半的角度。
文档编号F02N15/02GK1573085SQ20041004931
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年6月10日
发明者梶野定义, 长谷川洋一, 村濑和明 申请人:株式会社电装