专利名称：用于内燃机的发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的发电机，更具体地是涉及一种改进的发电机结构，该结构在载带其永久磁体的部分与一将启动装置与发动机轴连接的单向离合器的一零件之间有一整体连接。
背景技术：
在许多内燃机中，诸如例如曲轴之类的发动机轴在靠近一环或启动装置处设有载带诸如永磁发电机之类的发电机的一延伸端，该环或启动装置传统上通过一单向离合器耦合至轴，以使轴能转动以启动，然后在发动机运行之后允许其空转。传统上，发动机有一环形件，它载带与一定子的线圈合作以产生电力的永久磁体。该环形件附接在一毂件上，该毂件通过花键或者一个或多个键与轴连接以随着发动机轴旋转。附接在毂件上的还有单向离合器的一个零件，而其另一个零件则附接成与环形件一起旋转。
图1示出了这种普通类型的一现有技术的结构，该图与转让给这里的受让人的美国专利第6,534,880号中所示的图部分地相似。参见该图，总的示于11处的一发电机与一发动机曲轴的露出端部分12相关联。总的示于13处的一该发电机11的转子包括装配在曲轴部分12的锥形端上的一毂14，并通过螺纹连接到曲柄端12上的一螺母14而轴向固定于其上。转子13以合适的方式、如借助于一键16固定，从而不能相对曲轴端12旋转。毂14在一轴向端具有一整体的凸缘部分14a。
转子13包括一大体呈杯形的零件，该零件总的示于17处，并在一端壁19的外周缘处整体地形成一圆筒形的磁体保持部分18。该端壁19有一供毂14穿过的开口19a。多个周向间隔开的永久磁体21合适地固定在圆筒形部分18的内表面上。
转子13和毂14借助于设置在转子13的端壁19中的开口19a和毂14的凸缘部分14a周围的多个(例如三个)铆钉22而成为一体。
一定子23与磁体21协配工作并定位在杯形转子13内，用以在转子13旋转时产生交流电。定子23包括具有一绝缘绕线筒25的一层叠的定子磁轭24，线圈26围绕所述绕线筒25缠绕，以在转子13转动时产生一电动势。
在毂端壁19的相对侧上设有一飞轮27，该飞轮在其外周缘上形成有一启动装置28，用以与一启动电动机(未示出)协配工作。该飞轮27的一毂部分27a通过一减摩滚针轴承轴颈安装在曲轴部分12上。飞轮27耦合至曲轴端部12，用以使发动机借助于单向离合器(如28处总的所示)启动。单向离合器28包括一外座圈29，该外座圈通过带螺纹的紧固件31附接至毂部分14a，这些紧固件31的头部可以通过转子圆筒形部分21的内部、并穿过形成在其整体的凸缘部分14a中的开孔来触及。紧固件的螺纹部分接纳在形成在外座圈29中的、攻有内螺纹的开孔31中。
单向离合器的内座圈由圆筒形毂部分27a的外表面来形成。其滚动件接纳在这些座圈之间，如现有技术中已知的那样。
还存在其它的发电机，其中毂和转子形成为一个单元并通过带螺纹的紧固件固定于单向离合器的外环部分。
不过，所有这些现有技术的结构采用了若干个单独的零件以将飞轮连接至单向离合器的座圈，因而需要需要具有足够深度的螺纹连接，从而不仅使尺寸变大，也使重量增加。这使惯性增大，使相关的发动机对想要的速度变化的响应灵敏度降低。而且，还需要相当大量的装配操作，从而进一步增加了生产成本。
发明内容
因此，本发明的主要的目的是提供一种改进和简化的、用于发电机和启动结构。
本发明的另一目的是提供一种重量较轻且成本较为低廉的、用于内燃机的发电机和启动结构。
本发明的还有一个目的是提供一种改进和简化的、用于形成这样的机器的单向离合器的结构。
本发明适于实施在用于具有一发动机轴的内燃机的发电机中。该发电机包括适于附接以随着发动机轴旋转的一毂部分。一转子部分与该毂部分整体地成形，并具有一第一整体圆筒形部分，该部分从其沿着一轴向延伸，用以载带用来与一定子合作的多个周向间隔开的永久磁体。毂部分还有一第二整体圆筒形部分，该部分沿着与所述一轴向相反的轴向延伸，用以形成用于将一启动装置可旋转地耦合至发动机轴单向离合器的一座圈。
附图简述图1是穿过一现有技术类型的用于内燃机的发电机的旋转轴线所截取的剖视图。
图2是与图1部分相似的一剖视图，示出了本发明的第一实施例。
图3是沿着与图2相同的平面截取的一放大的剖视图，但仅示出了机器的毂。
图4是毂沿着图3中箭头4-4的方向所见的端视图。
图5是毂沿着图3中箭头5-6的方向所见的端视图。
图6是图3中的圆圈6所包围的区域的放大视图。
图7是与图6部分相似的一放大图，示出了另一实施例。
图8是与图6和7部分相似的一放大图，用以说明为何不能用传统的感应淬火线圈来进行感应淬火。
图9是与图6-8部分相似的一放大图，示出了所要的感应淬火图案。
图10是与图6-9部分相似的一放大图，示出了另一实施例和所有的感应淬火工具。
具体实施例方式
现请详细参见诸附图，并从图2开始，以与图1相似的一视图示出了一发电机和相关的内燃机。由于本发明实施例与现有技术之间的主要差别在于载运磁体托架或整体转子的结构(在本实施例总的由标号41标示)，所以在零件或零部件与前述的现有技术的结构相同或基本相同之处用相同的标号标示，并仅在为了使那些熟悉本技术领域的人们理解和实践本发明所必需时才进行再次描述。
转子具有一整体的毂部分42，该毂部分以任何传统的方式、如通过一攻有内螺纹的开孔、键16以及带螺纹的紧固件15固定在发动机轴12上。该整体的毂部分42与在其内圆筒形表面43a上载带多个周向间隔开的永久磁体21的圆筒形磁体托架部分43是一体的。这些永久磁体21以与现有技术中相同的方式与定子组件23协配。
整体部分42和43由一带台阶的端壁连接，该带台阶的端壁具有分别稍稍轴向偏置的内和外部44和45。总的由标号47标示的单向离合器的滚子46保持在一外座圈形成部分48之间，该外座圈形成部分从形成在部分44和45之间的台阶、沿着于磁体托架部分43相反的轴向方向延伸。滚子46由一保持件49轴向保持在位，并由一滚子托架51载带。
现将参照图3-6进一步讨论整体转子41的结构细节。如已讨论的，转子41大体由整体的毂部分42、磁体托架部分43以及离合器外座圈形成部分48构成。此外，磁体托架部分43的外表面形成有一厚壁部分或凸部52，用于检测周向地延伸过一预定角度范围(例如60度)的转子41旋转位置。这与一传感器(未示出)协配工作，用于检测转子41的旋转位置或者其旋转速度。同样，在磁体托架部分43的径向外端壁部分42b中形成一周向凹槽53，用于平衡厚壁部分52的重量平衡补偿。
因此，与转子仅有保持磁体21的功能的现有技术不同，转子还具有整体毂部分42、以及单向离合器47的外座圈形成部分48的功能。因此就可以无需使用以前需要以连接若干单独的零件的那些螺栓和/或铆钉。无需使用这些螺栓和/或铆钉，还可使单向离合器28的直径可根据外座圈形成部分的直径减小而减小。因此，可减轻单向离合器28的重量，减小其转动惯量，并且可改善启动时的响应性能。此外，与传统的单向离合器相比，零件数量减少，因而装配该发电机所需的工时数可减小。
当单向离合器28接合和脱开时，外座圈形成部分48受到沿着径向指向外侧的力。因此，可有过大的力会作用在转子41的离合器外座圈形成部分48上，而外座圈形成部分48的内表面可能会由于接触而发生磨损，并有可能使转子41的耐久性下降。因此，在本实施例中，单向离合器的外座圈形成部分48的内表面(端表面)进行感应淬火(induction hardening)处理，以改善其强度。
在图6的放大视图中最好地示出了这些内容。如从那里可见，在从整体毂部分42的凸缘部分44与沿着外座圈形成部分的内表面的、外座圈形成部分的端表面43a之间的一边界的区域上形成一感应淬火部分54。因此，离合器外座圈形成部分48可以具有比其它部分增加的硬度，并且，即使转子于单向离合器28的滚子46滑动接触，也能保证转子41自身的耐久性。
也如图6中最好地示出，在加工过程中，在淬火部分54处的离合器外座圈形成部分48的端表面与垂直于淬火部分54的凸起径向内端壁部分44之间的边界处形成一凹槽55。该凹槽55也用来避免在离合器装配过程中妨碍到滚子保持装置51的角部区域。
图7示出了在图6中示出的感应淬火处理的另一实施例。在本实施例中，考虑到了可能由于在如上所述的凹槽55的周围所产生的残余应力而出现裂缝的情况。也就是说，这里采取了一定的措施，以使感应淬火的范围扩展至整体的毂部分42的径向内端壁部分44，从而减小凹槽55周围的残余应力。此外，加大凹槽55自身的形状，从而使得在离合器的使用过程中在该部分不发生应力集中。还有，可以增加径向内端壁部分44自身的厚度，以增加凹槽55周围区域的强度。
不过，实际上，即使在打算对整体式转子中的离合器外座圈形成部分48的端表面以及整体的毂部分42的径向内端壁部分44进行感应淬火时，仅仅通过将一高频线圈放置在被图3中的圆圈6所包围的部分，也不能将感应淬火施加至离合器外座圈部分的端表面和径向内端壁部分44的一连续区域(如图7所示)。
下面将参照图8说明以这种方式利用一传统的高频感应淬火线圈来径向感应淬火的问题。本发明的整体式转子是安装在例如发动机的曲柄上的类型，并要求具有耐热性和高强度。因此，作为一个例子，用诸如含碳的S48C之类的材料作为转子的材料。这里，离合器外座圈形成部分的端表面43a是一用于离合器的销的接纳表面，需要额外的高强度。因此，用感应淬火54对外座圈形成部分48进行处理，以增加其强度。不过，感应淬火一般是用一方管制成的高频线圈(波导)来进行的，所述方管有一矩形的横截面并形成为一环形。将该高频线圈施加在淬火部分上，并通电以加热该部分。
不过，当面向转子中的离合器外座圈形成部分48的倒角设置这样的一个高频线圈时，出于加工的需要而形成在倒角中的凹槽55使加热深度不够，结果就会在倒角中就产生未淬火部分。因此，如图8所示，在离合器外座圈形成部分的端表面43a中的淬火部分54和在径向内端壁部分44中的一淬火部分56在凹槽55处变得不连续，产生一淬火部分的边界。因此，在这样的淬火未连续的部分(淬火边界)中所产生的应力集中、以及基于凹槽55的形状的应力集中就作用在倒角上，使倒角可能会开裂。
不过，如果增加热量以使对凹槽55的淬火深度加深，则径向内端壁部分44可能会被熔化和损坏。尽管可以增加径向内端壁部分44的厚度以防止熔化，但因为会增加径向内端壁部分44的重量、从而导致转子的转动惯量变大，因此应采用其它的措施来防止熔化损坏。可以如箭头R所示从后部冷却径向内端壁部分44。不过，如果径向内端壁部分被冷却，则对凹槽55的加热效果就减弱，且无法实现对倒角的感应淬火。
为了避免前述的问题以及提供如图9所示的淬火图案，采用了一种特殊构造的淬火工具。如图9所示，其结果是淬火区域56在转子中的、整体毂部分42的径向内端壁部分44上形成一与凹槽55相连通的锥形表面57。通过形成这样的锥形表面57，来自高频线圈(未示出)的热量就可充分地传递到凹槽55的深度，从而淬火到凹槽55的深度。因此，在径向内端壁部分44中的淬火部分56通过凹槽55的深度的淬火区域与外座圈形成部分48中的淬火区域54相连。如上所述，在带有55的倒角中连续地形成感应淬火部分，因而可减少应力集中，且发生开裂的可能性也减小。
图10示出了另一形状的淬火部分以及可用来实现图9和10的淬火形状的那种淬火工具。如图10所示，在转子41中的整体毂部分42的径向内端壁部分44中的一台阶状表面58与凹槽55连通。
如本实施例中所示，使用一特别形成的高频线圈59来进行高频加热，它在横截面中带有一狭窄的尖端61。通过形成这样的台阶状的表面58并使用带有狭窄尖端61的高频线圈59来进行加热，来自高频线圈59的热量就可充分地传递至凹槽55的深度，则凹槽55的深度被淬火，且在径向内端壁部分44中的淬火区域56通过在凹槽55的深度的淬火区域与离合器外座圈形成部分48的端表面中的淬火区域54相连。如上所述，在带有凹槽55的倒角中连续地形成感应淬火部分，因而可减少应力集中，并减小裂缝产生的可能性。
如已经提到的，在前述的图9所示例子的高频淬火加热中可有效地使用图中所示的具有狭窄尖端61的高频线圈59。不过，如果不使用具有如图10中所示的形状的高频淬火线圈59，而使用具有矩形横截面的普通高频淬火线圈，则只要线圈横截面的宽度不超过台阶状表面58的长度，就可以对凹槽55进行足够深度的高频加热，并从而可以淬火到凹槽55的深度。
如从前面的描述中应变得清楚的，一种用于内燃机的发电机构造成步进毂部分与转子是整体的，而且这种整体性还延伸至单向离合器的零件。因此，在现有技术中为单独的那些零件现在仅需要一个单元。结果，可以不再使用连接若干零件所需的螺栓和/或铆钉，从而总的零件数量减小。此外，可以缩小单向离合器的直径，并减轻其重量，从而其转动惯量也减小。还有，随着零件的数量减少，则装配该单元所需的工时数也可减小。另外，通过以感应淬火处理外座圈形成部分，可保证强度，并可减小由于与滚子的接触而产生的磨损。此外，与单向离合器外座圈形成部分的内表面相邻的整体毂部分的那个部分也用感应淬火加以处理，以使应力不会集中在单向离合器外座圈形成部分与整体毂部分之间的边界部分中。当然，那些熟悉本技术领域的人们将会易于理解，所述的实施例仅是本发明所采用的示范性形式，可以作出各种修改和变型而不超出如所附权利要求书所定义的本发明精神和保护范围。
权利要求
1.一种用于具有一发动机轴的内燃机的发电机，所述发电机包括适于附接以随着发动机轴旋转的一毂部分；与所述毂部分整体成形的一转子部分，该转子部分具有一第一整体圆筒形部分，该圆筒形部分从其沿着一轴向延伸，用以载带用来与一定子合作的多个周向间隔开的永久磁体；以及，一第二整体圆筒形部分，该圆筒形部分沿着与所述一轴向相反的轴向延伸，用以形成用于将一启动装置可旋转地耦合至发动机轴单向离合器的一座圈。
2.如权利要求1的发电机，其特征在于，对诸整体圆筒形部分之一的表面进行淬火。
3.如权利要求1的发电机，其特征在于，毂部分设有径向延伸的凸缘，圆筒形部分从该凸缘延伸出。
4.如权利要求3的发电机，其特征在于，两圆筒形部分彼此径向间隔开。
5.如权利要求4的发电机，其特征在于，圆筒形部分从其延伸的径向延伸凸缘有一台阶，该台阶将其分成径向内部和外部。
6.如权利要求5的发电机，其特征在于，对诸整体圆筒形部分之一的表面进行淬火。
7.如权利要求6的发电机，其特征在于，对形成座圈的第二整体圆筒形部分的表面进行淬火。
8.如权利要求7的发电机，其特征在于，也对第二整体圆筒形部分从其延伸的径向延伸凸缘的表面进行淬火。
9.如权利要求8的发电机，其特征在于，在淬火表面的接合处形成一倒角。
10.如权利要求9的发电机，其特征在于，也对倒角的表面进行淬火。
11.如权利要求1的发电机，其特征在于，还包括附接于第一整体圆筒形部分的永久磁体和与第二整体圆筒形部分合作的一单向离合器，且毂部分固定成随发动机轴旋转。
12.如权利要求11的发电机，其特征在于，还包括轴颈安装在发动机轴上且其上耦合有离合器的一启动装置。
13.如权利要求12的发电机，其特征在于，毂部分设有径向延伸的凸缘，圆筒形部分从该凸缘延伸出。
14.如权利要求13的发电机，其特征在于，两圆筒形部分彼此径向间隔开。
15.如权利要求14的发电机，其特征在于，圆筒形部分从其延伸的径向延伸凸缘有一台阶，该台阶将其分成径向内部和外部。
16.如权利要求15的发电机，其特征在于，对诸整体圆筒形部分之一的表面进行淬火。
17.如权利要求16的发电机，其特征在于，对形成座圈的第二整体圆筒形部分的表面进行淬火。
18.如权利要求17的发电机，其特征在于，也对第二整体圆筒形部分从其延伸的径向延伸凸缘的表面进行淬火。
19.如权利要求18的发电机，其特征在于，在淬火表面的接合处形成一倒角。
20.如权利要求19的发电机，其特征在于，也对倒角的表面进行淬火。
全文摘要
一种简化的、用于内燃机的发电机，其中，毂部分、磁体载带部分以及用于单向离合器的座圈都是整体成形的，以提供更紧凑、更轻质且成本更低廉的组件。
文档编号F02B67/00GK1599199SQ20041007691
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月4日
发明者森松真佐记 申请人:株式会社萌力克