CN103114949A - 辅助啮合式起动机及其电子继电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助啮合式起动机及其电子继电器，该辅助啮合式起动机包括控制继电器、电磁开关及电机，所述控制继电器为电子继电器，该电子继电器包括：一第一控制回路和一第二控制回路，该电磁开关的吸引线圈与保持线圈的首端分别连接该电子继电器的两个输出端，由该第一控制回路和该第二控制回路分别控制该吸引线圈和该保持线圈。本发明的应用可以有效地避免、甚至从理论上根除辅助啮合式起动机电磁开关烧毁故障的发生。

Description

辅助啮合式起动机及其电子继电器

技术领域

本发明涉及起动发动机技术领域，特别是一种辅助啮合式起动机及其电子继电器。

背景技术

图1为目前已有的辅助啮合式起动机的剖视图，参考图1，对这种类型起动机的整体结构进行说明。在图1中，通过减速装置2降低电机1中的电枢11的输出转速同时增加其输出的旋转力矩，由电机1驱动通过单向器4安装于输出轴5的驱动齿轮，进而对发动机施加起动力矩。

图2为现有技术的辅助啮合式起动机的电路图，该类型辅助啮合式起动机的电路主要包括直流电机1、电磁开关3和控制继电器12，目前的辅助啮合式起动机电磁开关3中的线圈都由一个吸引线圈L1和保持线圈L2组成，二个线圈的匝数基本相等，且首端连接在一起，即电磁开关50端吸引线圈L1和保持线圈L2连接在一起，吸引线圈L1的尾端与直流电机1的电源端也是电磁开关的主触点输出接线柱连接，保持线圈L2的尾端搭铁。

吸引线圈L1电阻较小，如额定电压为24V的起动机，其电阻一般约为100毫欧，这样起动机在电磁开关3主触点闭合之前能够小扭矩慢转，从而让驱动齿轮6抵在飞轮齿圈10端面上时，驱动齿轮6能够慢慢旋转，叉开顶齿状态，啮入发动机飞轮齿圈10；啮入齿圈后，电磁开关3主触点才会闭合，电机1中才会有大电流流过，起动机才会大扭矩输出，从而避免起动机铣齿故障的发生。因此这类起动机也称为软啮合起动机。

由于这类起动机电磁开关3的吸引线圈L1和保持线圈L2的首端50连在一起，为了保证电磁开关3可靠断电，这样电磁开关3的吸引线圈L1和保持线圈L2的有效匝数必须基本一致，而保持线圈L2的匝数又不能太少，这样吸引线圈L1的匝数也较多。虽然可以通过适当的增大吸引线圈L1的线径、并减少吸引线圈L1匝数的方法，使起动机在电磁开关3主触点未闭合之前能够慢慢旋转；但是吸引线圈L1的匝数不能减少的太多，否则，考虑电磁开关3可靠断电，保持线圈L1的匝数也需要大幅减少。由于这类起动机软啮合力矩有限，在一些情况下，驱动齿轮6无法啮入齿圈10，从而产生顶齿现象。由于驱动齿轮6无法啮入飞轮齿圈10，吸引线圈L1被迫长时间通电，而线圈中的电流又较大，这样辅助啮合式起动机的电磁开关3容易产生故障。

由于吸引线圈L1中的电流较大，而吸引线圈L1的匝数又较多，导致电磁开关3产生的电磁力较大，造成驱动齿轮6作用在飞轮齿圈10端面的作用力过大，造成齿圈端面损害严重；此外由于驱动齿轮6作用在飞轮齿圈10端面的作用力过大，顶齿时，造成驱动齿轮6传动的阻力矩较大，起动机容易产生顶齿，长时间顶齿，容易导致电磁开关3产生烧毁的故障。

此外，为了保证吸引线圈L1中有足够大的电流流过，这样吸引线圈L1的匝数较少，导致保持线圈L2的匝数同样较少，线圈的电流密度较大，起动机长时间工作，保持线圈温度升高过快，由于热传导，导致吸引线圈L1温度过高，起动机再次起动时的软啮合制动力矩过小，起动机容易产生顶齿，同样电磁开关3容易产生烧毁的故障。如果为了减低保持线圈的电流密度，采用增大保持线圈的线径，并反绕的方法，这样线圈组件绕线工艺性差、保持线圈成本高。

公开号为CN1243598中国专利申请公开了一种“起动机的起动继电器”，用一个电阻来代替吸引线圈向直流电机提供慢转电流，该电磁开关只用一个线圈，为了能切断反向供电回路，在电磁开关主触点的动触桥后面安置了一对接触片，形成一对常闭触点，电阻的首端通过这个常闭触点与线圈的首端连接，共用一个接线柱对外引出，电阻的尾端与直流电机的电源端也是电磁开关的主触点输出接线柱连接，线圈尾端搭铁，在电磁开关线圈通电时，直流电机通过常闭触点串入电阻而慢转，齿轮啮合后，常闭触点断开，切除电阻，也即切断了线圈的反向供电回路，然后主触点闭合接通，直流电机进入全力驱动状态。其缺点是设置常闭触点后，结构变得复杂，慢转电流即通过起动继电器的触点，又要通过电磁开关的常闭触点，可靠性减低；此外，在异常情况下，常闭触点无法断开时，限流电阻容易产生烧毁故障，最终导致起动机失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种辅助啮合式起动机及其电子继电器，以克服现有技术的上述缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供的辅助啮合式起动机包括控制继电器、电磁开关及电机，其特征在于，所述控制继电器为电子继电器，该电子继电器包括：一第一控制回路和一第二控制回路，该电磁开关的吸引线圈与保持线圈的首端分别连接该电子继电器的两个输出端，由该第一控制回路和该第二控制回路分别控制该吸引线圈和该保持线圈。

上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该电子继电器通过晶体管分别控制该电磁开关的吸引线圈和保持线圈电路的通断。

上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该吸引线圈可为一限流电阻替代。

上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该第一控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该第二控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该吸引线圈采用铜漆包线、康铜线、铝或铜包铝线之任一。

进一步的，本发明还提供了一种电子继电器，用于上述辅助啮合式起动机，其特征在于，该电子继电器包括：一第一控制回路和一第二控制回路，电磁开关的吸引线圈与保持线圈的首端分别连接该电子继电器的两个输出端，由该第一控制回路和该第二控制回路分别控制该吸引线圈和该保持线圈。

上述电子继电器，其特征在于，该电子继电器通过晶体分别控制该电磁开关的吸引线圈和保持线圈电路的通断，该三极管为功率三极管。

上述电子继电器，其特征在于，该第一控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

上述电子继电器，其特征在于，该第二控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

与现有技术相比，本发明的电子继电器采用两个控制电路分别控制起动机电磁开关的吸引线圈和保持线圈，控制电路通过晶体管实现电磁开关线圈电路的通断。由于两个线圈未直接连接在一起，因此吸引线圈匝数不需要与保持线圈匝数相等，可以很方便地进行设计，以满足起动机慢转时可以产生足够大的扭矩，从而可以保证起动机实现可靠啮合。

且本发明中的控制吸引线圈的电路采用延时断电设计，在吸引线圈短时通电之后，强制其断电，使得起动机在异常情况下（如飞轮齿圈与驱动齿轮匹配不合理，无法啮入等情况下），吸引线圈中不会长时间通过大电流，避免了由于特殊异常原因造成的电磁开关烧毁故障的发生；同样电子继电器中控制电磁开关保持线圈的电路也可采用延时断电设计，可以避免由于保持线圈长时间通电造成的开关烧毁故障的发生。采用本发明之后，可以有效地避免、甚至从理论上彻底根除辅助啮合式起动机电磁开关烧毁故障的发生。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的辅助啮合式起动机的剖视图；

图2为图1中的辅助啮合式起动机的电路图；

图3为本发明第一实施例的辅助啮合式起动机的电路图；

图4为本发明第二实施例的辅助啮合式起动机的电路图；

图5为本发明第三实施例的辅助啮合式起动机的电路图；

图6为本发明第四实施例的辅助啮合式起动机的电路图。

其中，附图标记

1—电机

2—减速装置

3—电磁开关

4—单向器

5—输出轴

6—驱动齿轮

10—飞轮齿圈

11—电枢

12—控制继电器

L1—吸引线圈

L2—保持线圈

20-电子继电器

21-第一控制回路

210-第一时间控制电路

22-第二控制回路

220-第二时间控制电路

具体实施方式

本发明的辅助啮合式起动机及其电子继电器的主要特征，将控制继电器采用电子继电器，并利用电子继电器的两个控制回路分别控制电磁开关的吸引线圈和保持线圈，吸引线圈与保持线圈分别连接到电子继电器的两个输出端。控制回路通过三极管，尤其是功率管的导通与截止实现电磁开关两个线圈电路的通断。电磁开关的两个线圈被分开控制，吸引线圈可以根据要求很方便地进行设计，以达到慢转时产生足够大的扭矩，这样起动机可以有效地避免顶齿故障的发生，保证了起动机啮合的可靠性。而驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面上的作用力可以降低的较低，有效地减低了飞轮齿圈及驱动齿轮端面的磨损量，从而保证了起动机耐久的可靠性。

下面结合具体实施例，详细说明本发明的具体实施方式。

第一实施例：

图3为本发明的第一实施例的辅助啮合式起动机的电路图，以下根据图3对该实施例进行说明，本发明的辅助啮合式起动机的结构与图1所示的辅助啮合式起动机结构基本相似，仍然主要由直流电机、减速机构、啮合机构组成。辅助啮合式起动机的电路主要包括电机1、电磁开关3、控制继电器，其中电磁开关3与普通辅助啮合式电磁开关结构基本相同，仍采用一对触点来控制直流电机大电流通断。但本发明中控制继电器为电子继电器20，该电子继电器20包括第一控制回路21和第二控制回路22，该第一控制回路21和第二控制回路22分别控制电磁开关3的吸引线圈L1和保持线圈L2.

该电子继电器20的第一控制回路21包括功率管Q2、电阻R1、电容C2、电容C1、电阻R3、电阻R2、三极管Q1、稳压管D1，其中，电阻R1、电容C2、电容C1、电阻R3、电阻R2、三极管Q1、稳压管D1构成第一控制回路的时间控制电路210，功率管Q2的漏极接于电磁开关3的30端，栅极接于三极管Q1的集电极和电容C2的一端，功率管Q2的源极接于线圈L1的50Ⅰ端。三极管Q1的基极接于电容C1的一端，三极管Q1的发射极接于电阻R2的一端，三极管Q1的集电极接于功率管Q2的栅极和电容C2的一端。第二控制回路22包括电阻R4、稳压管D2、功率管Q3，功率管Q3的漏极接于电磁开关3的30端，栅极接于电阻R4的一端和稳压管D2的负极端，功率管Q2的源极接于线圈L1的50Ⅱ端。由于电磁开关3的吸引线圈L1与保持线圈L2首端50I和50II之间未直接连接，因此线圈L1与线圈L2之间的匝数可以相差较大，不需要匝数一致。线圈L1的匝数远远少于线圈L2的匝数，线圈L1的电阻较小，可保证在继电器的触点闭合之后，电磁开关动触片和静触点接通之前，通过线圈L1中的电流可使直流电机实现慢转。

吸引线圈L1可以采用电阻率较大材料制作，如铝漆包线、铜包铝漆包线、康铜漆包线、铁丝等，根据需要的慢转旋转力矩调整线圈的线径和匝数，在降低起动机驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面作用力的同时，还可以减低电磁开关的成本。

结合图3，上述结构的辅助啮合式起动机的工作过程为：起动机开始工作时，点火开关35接通，电子继电器20的50c端得电，20中的Q2、Q3分别导通，电磁开关3的50I端和50II端分别得电，其线圈L1和线圈L2同时通电，线圈L1、L2产生的电磁力使柱塞朝向触点方向移动。吸引线圈L1中电流通过的直流电机，由于此电流远大于起动机空载电流，直流电机开始慢慢旋转，带动驱动齿轮旋转，与此同时柱塞通过拨叉组件使驱动齿轮朝向飞轮齿圈移动，驱动齿轮在慢转的情况下与飞轮齿圈完成柔性啮合，然后动触片在柱塞的作用下与电磁开关主触点接触，线圈L1被短路，直流电机中大电流流过，开始全扭矩输出，使发动机起动。

此外，由于电子继电器20中控制线圈L1的控制回路采用延时断电设计，这样在异常情况下，如驱动齿轮与飞轮齿圈齿轮副不匹配等，驱动齿轮无法啮入飞轮齿圈，导致电磁开关主触点无法闭合时，吸引线圈L1被迫长时间大电流通过时，第一控制回路21中的时间控制电路210断开，Q2截止，吸引线圈L1强制断电，从而可以有效地防止电磁开关烧毁故障的发生。

起动结束后，钥匙开关断开，电子继电器20的50c端断电，Q2、Q3均截止，电磁开关线圈L1与L2中均无电流流过，电磁开关产生的电磁力消失，电磁开关动静触点在回位弹簧的作用下分开，直流电机断电，起动机停止工作，驱动齿轮回到原始状态。

第二实施例：

图4为本发明的第二实施例的辅助啮合式起动机的电路原理图，该实施例中，采用一限流电阻R5代替电磁开关吸引线圈，通过调整电阻大小来调整起动机慢转力矩，该电磁开关只有一个线圈L2，该线圈产生的电磁力即起到吸引柱塞作用，又起保持柱塞作用。

由于起动机的慢转力矩通过限流电阻调节，根据起动机对慢转扭矩的需求，可以任意设计限流电阻的大小，不受其它因素限制，因此可使慢转力矩增大。从而使起动机的慢转不应转动阻力增大时消失，保证起动机在任何情况下都能顺利地实现柔性啮合。线圈L1的匝数较多，这样电磁开关产生的热功率较小，不容易产生烧毁的故障。

该实施例中的其他结构与第一实施例中一致，其工作原理及优点基本同第一实施例中所述，这里不再赘述。

第三实施例：

图5为本发明的第三实施例的辅助啮合式起动机的电路原理图，该电子继电器20包括第一控制回路21和第二控制回路22，该第一控制回路21和第二控制回路22分别控制电磁开关3的吸引线圈L1和保持线圈L2。本实施例和第一实施例的区别主要在于两个控制回路都包括有时间控制电路。

其中第一控制回路21包括一第一时间控制电路210，该第二控制回路22还包括第二时间控制电路220，第一控制回路包括功率管Q2、电阻R1、电容C2、电容C1、电阻R3、电阻R2、三极管Q1、稳压管D1，其中，电阻R1、电容C2、电容C1、电阻R3、电阻R2、三极管Q1、稳压管D1构成第一控制回路的时间控制电路210，功率管Q2的漏极接于电磁开关3的30端，栅极接于三极管Q1的集电极和电容C2的一端，功率管Q2的源极接于线圈L1的50Ⅰ端。三极管Q1的基极接于电容C1的一端，Q1的发射极接于电阻R2的一端，Q1的集电极接于功率管Q2的栅极和电容C2的一端。

第二控制回路22包括功率管Q4、电阻R4、电容C4、电容C3、电阻R6、电阻R7、三极管Q3、稳压管D2，其中，电阻R4、电容C4、电容C3、电阻R6、电阻R7、三极管Q3、稳压管D2构成第二控制回路的时间控制电路220，功率管Q4的漏极接于电磁开关3的30端，栅极接于三极管Q3的集电极和电容C4的一端，功率管Q4的源极接于线圈L2的50Ⅱ端。三极管Q3的基极接于电容C3的一端，三极管Q3的发射极接于电阻R5的一端，三极管Q3的集电极接于功率管Q4的栅极和电容C4的一端。两个控制回路分别控制电磁开关3的吸引线圈L1和保持线圈L2。本实施例中，两个控制回路均采用延时断电设计，控制线圈L1的回路延时断电时间较短(如小于2s)，即在线圈L1被迫长时间通过大电流时，实现强制断电，可以有效地防止线圈L1发生烧毁故障；控制线圈L2的回路延时断电的时间较长，约30s，可在线圈L2被迫长时间通电时，实现强制断电，电磁开关3释放，驱动齿轮回位，起动机停止工作。由于控制保持线圈L2的回路采用延时断电设计，线圈L2中不会长时间通过电流，可以有效地防止保持线圈烧毁故障的发生。

此外，由于电子继电器采用两个控制回路分别控制电磁开关的吸引线圈和保持线圈，这样吸引线圈可以根据要求很方便地进行设计，而驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面上的作用力可以降低的较低。这样起动机可以有效地避免顶齿故障的发生，齿圈端面的损坏程度会得到显著地减低，保证了起动机啮合的可靠性。

由于降低了驱动齿轮作用在飞轮齿圈端面的作用力，飞轮齿圈端面的损害程度可以得到显著的减低，可以显著的提高飞轮齿圈的使用时间，尤其适用于怠速起停系统的起动机，这类型的起动机起动比较频繁，起动次数较多；由于传递的作用力较小，对于起动机啮合系统中的其他零件的使用寿命也可相应的提高，如拨叉组件、驱动齿轮、单向器、电磁开关触点等。

第四实施例

图6为本发明的第四实施例的辅助啮合式起动机的电路原理图，以下仅描述本实施例与第三实施例的区别结构，相同之处不再赘述。

本实施与第三实施例的主要区别在于，其中电磁开关3中的吸引线圈L1采用一限流电阻R8代替，通过调整该限流电阻的大小来调整起动机慢转力矩，该电磁开关只采用一个线圈L2，该线圈L2产生的电磁力既起到吸引柱塞作用，又起保持柱塞作用。

由于起动机的慢转力矩通过限流电阻调节，根据起动机对慢转扭矩的需求，可以任意设计限流电阻的大小，不受其它因素限制，因此可使慢转力矩增大。从而使起动机的慢转不应转动阻力增大时消失，保证起动机在任何情况下都能顺利地实现柔性啮合。保护线圈的匝数较多，这样电磁开关产生的热功率较小，不容易产生烧毁的故障。

该第四实施例中的其他结构基本与第三实施例一致，其工作原理及优点同第三实施例所述，这里不再赘述。

与现有技术相比，本发明的电子继电器采用两个控制电路分别控制起动机电磁开关的吸引线圈和保持线圈，控制电路通过晶体管实现电磁开关线圈电路的通断。由于两个线圈未直接连接在一起，因此吸引线圈匝数不需要与保持线圈匝数相等，可以很方便地进行设计，以满足起动机慢转时可以产生足够大的扭矩，从而可以保证起动机实现可靠啮合。且电子继电器中控制吸引线圈的电路采用延时断电设计，在吸引线圈短时（如2s以内）通电之后，强制其断电，使得起动机在异常情况下（如飞轮齿圈与驱动齿轮匹配不合理，无法啮入等情况下），吸引线圈中不会长时间通过大电流，避免了由于特殊异常原因造成的电磁开关烧毁故障的发生；同样电子继电器中控制电磁开关保持线圈的电路也可采用延时断电设计（如7s后自动断电），可以避免由于保持线圈长时间通电造成的开关烧毁故障的发生。采用本发明之后，可以有效地避免、甚至从理论上彻底根除辅助啮合式起动机电磁开关烧毁故障的发生。

此外，由于电子继电器由电子元器件组成，它利用电子元器件无触点开关特性，实现了弱电流控制强电流，使该继电器无火花，寿命长，可靠性高；从而避免了现有电磁式继电器工作时火花大，寿命短，触点粘连故障的发生。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种辅助啮合式起动机，包括控制继电器、电磁开关及电机，其特征在于，所述控制继电器为电子继电器，该电子继电器包括：一第一控制回路和一第二控制回路，该电磁开关的吸引线圈与保持线圈的首端分别连接该电子继电器的两个输出端，由该第一控制回路和该第二控制回路分别控制该吸引线圈和该保持线圈。

2.根据权利要求1所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该电子继电器通过晶体管分别控制该电磁开关的吸引线圈和保持线圈电路的通断。

3.根据权利要求1所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该吸引线圈可为一限流电阻替代。

4.根据权利要求1、2或3所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该第一控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

5.根据权利要求4所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该第二控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

6.根据权利要求1所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该吸引线圈采用铜漆包线、康铜线、铝或铜包铝线之任一。

7.一种电子继电器，用于上述权利要求1-6中任一项所述的辅助啮合式起动机，其特征在于，该电子继电器包括：一第一控制回路和一第二控制回路，电磁开关的吸引线圈与保持线圈的首端分别连接该电子继电器的两个输出端，由该第一控制回路和该第二控制回路分别控制该吸引线圈和该保持线圈。

8.根据权利要求7所述的电子继电器，其特征在于，该电子继电器通过晶体分别控制该电磁开关的吸引线圈和保持线圈电路的通断，该三极管为功率三极管。

9.根据权利要求7或8所述的电子继电器，其特征在于，该第一控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

10.根据权利要求9所述的电子继电器，其特征在于，该第二控制回路包括一时间控制电路，该时间控制电路采用延时断电设计。

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