CN103426691B - 车辆起动机及其电磁开关 - Google Patents

Abstract

公开了一种车辆起动机及其电磁开关，所述电磁开关包括：固定铁心；可前后移动的活动铁心；电磁线圈，用于产生促使活动铁心向后移动的磁路；设于固定铁心后面位置处的一对接线柱；由磁性材料制成的推杆，所述推杆由活动铁心驱动，并且沿轴向延伸穿过固定铁心中的导向通孔，以使得推杆的后端从固定铁心的后部露出；安装在推杆后端并且面对着所述一对接线柱的接触桥；以及套装于所述推杆上并且可滑动地配合在固定铁心的导向通孔中的套筒，所述套筒包括厚壁段和与厚壁段衔接的薄壁段，所述厚壁段装配于所述推杆上，所述薄壁段与所述推杆之间限定出环形空间。所述电磁开关能够降低成本且易于制造。

Description

车辆起动机及其电磁开关

技术领域

本发明涉及一种用于车辆起动机中的电磁开关以及包含这种电磁开关的车辆起动机。

背景技术

现代车辆通常使用电力起动机来起动车辆的发动机，起动机将车辆蓄电池提供的电能转变为机械能，带动车辆的发动机运转，以将发动机起动。

起动机大体上由直流电动机、传动机构和控制机构等组成。在起动车辆的发动机时，电动机产生旋转力矩，该旋转力矩通过传动机构的驱动齿轮传递到发动机飞轮上的齿圈，来驱动发动机的曲轴旋转。

控制机构用于控制起动机电路的通断，以及控制驱动齿轮与齿圈的啮合和脱开。目前，广泛使用的起动机控制机构是电磁开关。图1示出了一种现有起动机电磁开关的结构示意图。该电磁开关主要包括：固定安装着的固定铁心4和电磁线圈6；固定安装着的两个接线柱10；可轴向移动地安装在固定铁心4中的推杆12；通过安装座28夹持在推杆12后端的接触桥14；可轴向移动的活动铁心16；固定在活动铁心16上的推杆18；固定在推杆12前部并且在固定铁心4中的导向通孔中滑动的套筒20；以及分别用于实现接触桥14、活动铁心16和推杆12复位的压缩弹簧22、24、26。

在通过点火开关启动车辆时，电磁线圈6被供电，以在活动铁心16中产生电磁力，从而活动铁心16带着推杆18朝向固定铁心4（向后）移动，推杆18的前端通过拨叉（未示出）拉动传动机构，以使其驱动齿轮朝向发动机飞轮上的齿圈的方向（向前）移动。之后，推杆18将推杆12向后移动，以使接触桥14接触到两个接线柱10而将二者电连接。这样，通过这两个接线柱10使得电动机的主电路接通，以使电动机旋转。在与两个接线柱10实现接触后，接触桥14即被阻止而不能继续向后移动，而推杆12继续向后移动，直至活动铁心16推抵于固定铁心4。在活动铁心16向后移动的过程中，驱动齿轮与发动机飞轮上的齿圈发生啮合，由此将电动机的旋转运动传递到发动机飞轮，以起动发动机。

在发动机起动之后，松开点火开关，电磁线圈6在活动铁心16中产生的电磁力消失。活动铁心16在弹簧24的复位力的作用下向前移动，从而通过拨叉将驱动齿轮拉离发动机飞轮上的齿圈。同时，推杆12在弹簧26的复位力的作用下向前移动。在推杆12向前移动了一小段距离后，其将接触桥14拉离两个接线柱10，由此断开电动机的主电路，从而使起动机停止运转。

图2示出了另一种现有起动机电磁开关的结构示意图，其中，图1中所示的推杆18与推杆12被替换为单一的推杆30，该推杆30固定于活动铁心16上。图2中的电磁开关的其它方面与图1中的电磁开关相似。在发动机起动之后松开点火开关时，推杆30同时受到后部复位弹簧（未示出，对应于图1中的弹簧26）和前部复位弹簧24的推力，从而更加强力地将接触桥14拉离两个接线柱10。

在图1和2所示的电磁开关中，推杆12以及推杆30一般由非磁性材料制成，例如，铜、铜合金、不锈钢等等，以避免对电磁线圈6产生的磁路造成影响。然而，构成推杆的上述材料都不理想。例如，同普通钢相比，不锈钢更硬，难以制成复杂性状，并且成本更高。对于铜和铜合金，它们成本高于普通钢，但机械性能低于普通钢。因此，希望能够解决现有技术中存在的这种问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于车辆起动机中的电磁开关，其能够使用由普通钢制成的推杆，同时又不明显改变当前电磁开关的结构和组装方式。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆起动机中的电磁开关，包括：固定铁心；可前后移动的活动铁心；电磁线圈，用于产生促使活动铁心向后移动的磁路；设于固定铁心后面位置处的一对接线柱；由磁性材料制成的推杆，所述推杆由活动铁心驱动，并且沿轴向延伸穿过固定铁心中的导向通孔，以使得推杆的后端从固定铁心的后部露出；安装在推杆后端并且面对着所述一对接线柱的接触桥；以及套装于所述推杆上并且可滑动地配合在固定铁心的导向通孔中的套筒，所述套筒包括厚壁段和与厚壁段衔接的薄壁段，所述厚壁段装配于所述推杆上，所述薄壁段与所述推杆之间限定出环形空间。

根据本发明的一个优选实施方式，所述接触桥以可相对于推杆向前移动的方式安装于推杆后端；并且在所述套筒与所述接触桥之间设有套装在推杆上的接触桥复位弹簧，所述接触桥复位弹簧的前端插入所述环形空间中，后端向所述接触桥施加推力。

根据本发明的一个优选实施方式，所述接触桥借助于安装座安装在所述推杆上，所述接触桥复位弹簧的前端推抵于套筒的厚壁段与薄壁段之间形成的台阶面，后端推抵于所述安装座。

根据本发明的一个优选实施方式，所述套筒由绝缘塑料制成。或者，所述套筒由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝缘塑料制成。

根据本发明的一个优选实施方式，所述推杆固定在所述活动铁心上，并且包括一体的大径前段和小径后段，所述大径前段和小径后段之间形成过渡台阶；所述套筒的厚壁段推抵于所述过渡台阶。

根据本发明的一个优选实施方式，所述套筒的薄壁段包括位于所述厚壁段轴向两侧的一对薄壁段，其中，位于前面的那个薄壁段环绕着所述大径前段的后端部分，位于后面的那个薄壁段与所述小径后段之间形成所述环形空间。

根据本发明的一个优选实施方式，所述推杆具有两段式结构，包括固定在活动铁心上的第一杆段和可移动地安装在固定铁心中的第二杆段，所述第二杆段可被所述第一杆段至少向后移动（即，第二杆段也可能能够被所述第一杆段前后移动），所述套筒套装于所述第二杆段上。

根据本发明的一个优选实施方式，所述第一杆段和第二杆段通过所述套筒相连。在这种情况下，所述套筒被构造成允许所述第一杆段和第二杆段之间沿前后方向彼此相对移动一段距离。

根据本发明的一个优选实施方式，制成推杆的所述磁性材料为普通钢。

本发明在其另一方面提供了一种车辆起动机，包括：电动机；与电动机的输出轴相连的传动机构；以及如前面所描述的电磁开关，其控制所述电动机和传动机构的操作。

根据本发明，对车辆起动机中的电磁开关进行了改进，采用了新颖的套筒结构，使得推杆能够由磁性材料例如普通钢制成，从而可以降低推杆的成本，同时能够满足推杆的机械性能要求，并且提高可加工性。此外，电磁开关本身的结构和组装方式不需要明显改动。

附图说明

图1是一种根据现有技术的车辆起动机中的电磁开关的结构示意图。

图2是另一种根据现有技术的车辆起动机中的电磁开关的结构示意图。

图3是根据本发明的一个优选实施方式的车辆起动机中的电磁开关的结构示意图。

图4是图3中的电磁开关中所用的单一推杆以及一些与其相关元件的示意图。

图5、6是图3中的电磁开关中所用的套筒剖开后的不同角度的立体图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一些优选实施方式。

图3中显示的本发明的一个基本实施方式是基于图2所示车辆起动机电磁开关做出的改进。然而，可以理解、并如后面讨论，本发明的基本原理也可应用于其它结构的车辆起动机电磁开关，例如图1所示的。

在图3中，根据本发明的电磁开关处在非操作状态。该电磁开关包括壳体2，其具有大致圆筒形本体和设在本体前端（图3中的左端，朝向发动机那一侧的端部）的减径部分2a。

在壳体2的本体的后部中，固定安装着固定铁心4。该固定铁心4优选为一体形成的单件，包括固定在壳体2的本体中的大致圆盘形大径部分4a，从大径部分4a向前突出的大致圆柱形小径部分4b，以及从小径部分4b向前突出的大致截锥形配合部分4c。此外，在固定铁心4的后端面中，形成有止挡槽4d。并且，在固定铁心4中形成有沿轴向前后贯通的导向通孔4e。

非磁性材料（例如黄铜）衬套32安装在壳体2中。具体而言，衬套32呈大致圆筒形，其前端插装于壳体2的减径部分2a中，后端套装在固定铁心4的小径部分4b上，由此将衬套32固定在壳体2中。

在衬套32与壳体2的本体之间，限定出环形安装空间。电磁线圈6安装在该环形安装空间中，并由衬套32支撑。该电磁线圈6包括保持线圈和吸拉线圈两部分，这两部分优选如图3所示那样同轴布置，当然也不排除其它布置方式。

在衬套32的大致前部中，以可轴向移动的方式布置着活动铁心16。该活动铁心16大致呈圆柱形，其内从前至后依次形成有小直径的安装通孔16a、直径大于安装通孔16a的弹簧容置槽16b、径向尺寸大于弹簧容置槽16b的配合槽16c。

单一的推杆30由活动铁心16固定地承载，从而可随活动铁心16一起轴向移动。具体而言，参看图3，推杆30具有大致圆柱形的大径前段30a和大致圆柱形的小径后段30b，二者同轴设置且前后衔接。大径前段30a的前侧部分固定在活动铁心16的安装通孔16a中，后侧部分在活动铁心16的弹簧容置槽16b中延伸。大径前段30a与小径后段30b之间的过渡台阶位于所述弹簧容置槽16b或配合槽16c中，在轴向上靠近弹簧容置槽16b与配合槽16c之间的过渡部位。

推杆30的小径后段30b从大径前段30a沿轴向向后延伸，穿过固定铁心4的导向通孔4e，从而小径后段30b的后端从固定铁心4的后端面露出。

大径前段30a的前端从活动铁心16的前端面向前伸出，并且大径前段30a的前端安装有或一体形成有扁头部30c，用于连接拨叉（未示出）的上端，该拨叉的大致中部被可枢转地支撑，该拨叉的下端与传动机构相连。这样，推杆30沿轴向向后（图3中向右）移动时，可通过拨叉带动传动机构轴向向前移动，以使传动机构的驱动齿轮朝向发动机飞轮上的齿圈移动并与其啮合。反之，推杆30沿轴向向前（图3中向左）移动时，可通过拨叉带动传动机构轴向向后移动，以使传动机构的驱动齿轮脱离发动机飞轮上的齿圈。

参看图4，并结合图3、5、6，在推杆30的小径后段30b上套装有套筒20、位于套筒20后侧的安装座28、位于套筒20与安装座28之间的压缩弹簧22。

套筒20可以由绝缘塑料制成。采用塑料材料，可使得套筒成本低。

作为一种可行实施方式，套筒20可由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝缘塑料制成。采用磁屏蔽材料，可使得推杆对磁路的影响减小。

套筒20呈大致圆筒状，具有中间厚壁段20a和位于套筒20轴向两侧的薄壁段20b。中间厚壁段20a与每个薄壁段20b之间形成与套筒20的轴线垂直的台阶面20c。两个薄壁段20b优选具有彼此相同的形状和尺寸，以使得套筒20在纵向上具有对称结构，从而便于套筒20在小径后段30b上的安装（不必考虑套筒20的朝向）。

如图3、4所示，套筒20的中间厚壁段20a的内周壁可滑动地配合于小径后段30b上，位于前侧的薄壁段20b围绕着大径前段30a的后端部，位于后侧的薄壁段20b与小径后段30b之间限定出供压缩弹簧22的前部插入的环形容置空间。此外，套筒20的位于前侧的台阶面抵靠于大径前段30a与小径后段30b之间的过渡台阶，位于后侧的台阶面被压缩弹簧22的前端推抵。压缩弹簧22的后端推抵于安装座28的前端面。

在图3所示的电磁开关的非操作状态，活动铁心16与固定铁心4之间分隔一段轴向距离。套筒20的前侧薄壁段20b以及中间厚壁段20a的一部分插入活动铁心16的弹簧容置槽16b与配合槽16c中。套筒20的前端面在轴向上未到达弹簧容置槽16b的底部。

安装座28可以由绝缘塑料制成。作为一种可行实施方式，安装座28也可由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝缘塑料制成。

安装座28呈大致圆筒状，其内周面可滑动地配合于小径后段30b上。安装座28包括前部圆筒段28a、中部凸缘28b和后部圆筒段28c。中部凸缘28b的外径大于前部圆筒段28a和后部圆筒段28c。在后部圆筒段28c上装有接触桥14，该接触桥14被夹持于中部凸缘28b与紧固件（例如螺合于推杆30后端的螺母）42之间。

在接触桥14被如上所述的方式夹持于推杆30后端的状态下，推杆30能够抵抗着压缩弹簧22的推力而在推杆30的小径后段30b上轴向向前移动（滑动），但其向后的移动将被紧固件42阻挡。

可以理解，利用诸如螺母等紧固件42以及安装座28将接触桥14夹持于推杆30后端的方式仅仅是示例性的。在此，任何允许接触桥14在推杆30上向前移动、但阻止其向后移动的结构和元件都可以采用。

此外，中部凸缘28b的尺寸设置成适于进入固定铁心4的止挡槽4d中并被止挡于此。

盖部8固定在壳体2的后部，并且两个接线柱10穿通盖部8并固定于其中。两个接线柱10的前端面面对着接触桥14的后表面。压缩弹簧26设于推杆30的后端与盖部8之间。例如，压缩弹簧26的前部推抵于紧固件42，压缩弹簧26的中部和后部容置于形成在盖部8的前端面中的弹簧容置槽8a中。

此外，如图3所示，在活动铁心16与固定铁心4之间装有压缩弹簧24。该压缩弹簧24的前端位于弹簧容置槽16b中并推抵于弹簧容置槽16b的底部。该压缩弹簧24的中部和后部套设于套筒20的前侧薄壁段20b和中间厚壁段20a上。该压缩弹簧24的后端推抵于固定铁心4的前端面（即配合部分4c的前端面）。

如后面所描述，所述压缩弹簧22用作接触桥14的复位弹簧，压缩弹簧24、26用作推杆30的复位弹簧。在压缩弹簧24本身就能够为推杆30提供足够的复位力的情况下，可省略压缩弹簧26。

在组装图3所示的电磁开关时，可以先将固定铁心4带着衬套32和电磁线圈6安装在壳体2中；再将活动铁心16带着推杆30、套筒20、压缩弹簧24从前侧装入壳体2中，使推杆30的后端穿过固定铁心4而从壳体2的后端露出；然后，从后侧向推杆30上安装压缩弹簧22、安装座28、接触桥14和紧固件42；然后，将盖部8带着两个接线柱10从后侧安装到壳体2上，压缩弹簧26被安装在推杆30的后端与盖部8之间（插在弹簧容置槽8a中）。可以看出，本发明的电磁开关能够以简便的方式组装，安装过程与现有技术基本相同。

下面描述本发明的车辆起动机及其电磁开关的操作。

在通过点火开关启动车辆后，电磁开关的电磁线圈6被供电，电磁线圈6保持线圈和吸拉线圈二者的磁通方向相同，互相叠加，从而在活动铁心16中产生强电磁力，以将活动铁心16带着推杆30并且抵抗着弹簧24、26的推力而朝向固定铁心4（向后）移动，推杆30的前端通过拨叉（未示出）拉动传动机构，以使其驱动齿轮朝向发动机飞轮上的齿圈的方向（向前）移动；推杆30的后端带着接触桥14朝向两个接线柱10移动。之后，接触桥14接触到两个接线柱10，并将二者电连接。这样，通过这两个接线柱10使得电动机的主电路接通，以使电动机旋转。在与两个接线柱10实现接触后，接触桥14即被阻止而不能继续向后移动，而推杆30抵抗着弹簧22、24、26的推力而继续向后移动，直至活动铁心16推抵于固定铁心4，即固定铁心4的配合部分4c与活动铁心16的配合槽16c接合。同时，在活动铁心16向后移动的过程中，驱动齿轮与发动机飞轮上的齿圈发生啮合，由此将电动机的旋转运动传递到发动机飞轮，以将发动机起动。

在发动机起动之后，在松开点火开关的瞬间，电磁线圈6的保持线圈和吸拉线圈二者的磁通相互抵消，从而在活动铁心16中产生的电磁力消失。活动铁心16在压缩弹簧24、26的复位力的作用下（甚至还有压缩弹簧22的作用）向前移动，从而通过拨叉将驱动齿轮拉离发动机飞轮上的齿圈。在推杆30向前移动了一小段距离后，紧固件42接触到接触桥14并将其拉离两个接线柱10，由此断开电动机的主电路，从而使起动机停止运转。在安装座28的中部凸缘28b进入固定铁心4的止挡槽4d中并被止挡于此后，活动铁心16的向前移动被终止。

在将接触桥14拉离两个接线柱10时，推杆30受到复位弹簧24、26所产生的向前的复位力，该复位力足以使得接触桥14从两个接线柱10快速分离，从而避免接触桥14与接线柱10之间发生材料粘连（这种材料粘连有可能导致接线柱烧蚀）。

在推杆30前后移动的过程中，套筒20在固定铁心4的导向通孔4e中滑动，从而对推杆30起到支撑和导向的作用。此外，在推杆30前后移动的过程中，套筒20的大部分在轴向上处在电磁线圈6限定的范围内。

可以看到，同图2所示的现有技术相比，在图3中所示的本发明的电磁开关中，套筒20具有增大的直径，这就要求固定铁心4的导向通孔4e的直径相应地增大。结果，固定铁心4的导向通孔4e的内周壁与推杆30的小径后段30b的外周面之间的空隙增大，以使得固定铁心4与推杆30之间的磁隙加大，从而推杆30对电磁线圈6产生的磁路的影响减小，这使得利用磁性材料制成推杆30成为可能。

因此，根据本发明的一个重要方面，推杆30由磁性材料制成。该磁性材料可以是钢材。同现有技术中采用的非磁性材料例如铜、铜合金、不锈钢等相比，采用钢材可以降低成本，同时能够满足推杆的机械性能要求，并且提高可加工性。

本领域技术人员可以理解，按品质分类，钢材大体包括：普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）；（2）优钢材质钢（P、S均≤0.035%）；（3）高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）。

采用，普通钢（例如10#钢），可以使得推杆成本最低，并且推杆本身的机械性能仍能满足。此外，电磁开关本身的结构和组装方式不需要明显改动。

此外，套筒20的薄壁段20b与推杆30的小径后段30b之间限定出供压缩弹簧22的插入的环形容置空间。这样，压缩弹簧22的一部分被保持在该容置空间，从而大大地提高了压缩弹簧22的稳定性，以确保压缩弹簧22不会因变形而触及固定铁心4，这样可以避免因压缩弹簧22触及固定铁心4而引起磁路受到干扰。

综上所述，本发明提供了一种改进的套筒结构，使得推杆能够由磁性材料例如普通钢制成。

可以理解，上述参照图3描述的套筒以及相关结构可以与各种形式的推杆组合使用。

例如，在图3所示的例子中，推杆30的大径前段30a与小径后段30b一体地形成。然而，作为另一种可行方式，大径前段30a与小径后段30b可以彼此单独形成、再连接到一起，即推杆30具有两段式结构（固定在活动铁心上的第一杆段和可移动地安装在固定铁心中的第二杆段）。例如，可通过套筒20实现两个杆段之间的连接，并且套筒20可以构造成具有可释放的连接结构，例如卡爪。此外，套筒20可构造成使得两个杆段之间可具有一小段彼此相对轴向移动距离。

此外，上述参照图3描述的套筒以及相关结构还可以用于对图1所示的现有技术的电磁开关进行改造。

例如，图1中的套筒20可以同样增大外径，而固定铁心4中形成直径相应加大的导向通孔。同时，形成类似的薄壁段，压缩弹簧22的一部分插入该薄壁段与推杆12之间限定出的容置空间中。在这种情况下，推杆12可由磁性材料例如普通钢制成。此外，推杆12和推杆18可以通过套筒20实现连接。在这种情况下，可以认为推杆18和推杆12构成分段式推杆的第一杆段和第二杆段。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本发明，但是本发明的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本发明的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (12)

1.一种用于车辆起动机中的电磁开关，包括：

固定铁心；

可前后移动的活动铁心；

电磁线圈，用于产生促使活动铁心向后移动的磁路；

设于固定铁心后面位置处的一对接线柱；

由磁性材料制成的推杆，所述推杆由活动铁心驱动，并且沿轴向延伸穿过固定铁心中的导向通孔，以使得推杆的后端从固定铁心的后部露出；

安装在推杆后端并且面对着所述一对接线柱的接触桥；以及

套装于所述推杆上并且可滑动地配合在固定铁心的导向通孔中的套筒，所述套筒包括厚壁段和位于厚壁段轴向后侧且与厚壁段衔接的薄壁段，所述厚壁段装配于所述推杆上，所述薄壁段与所述推杆之间限定出环形空间。

2.如权利要求1所述的电磁开关，其中，所述接触桥以可相对于推杆向前移动的方式安装于推杆后端；并且在所述套筒与所述接触桥之间设有套装在推杆上的接触桥复位弹簧，所述接触桥复位弹簧的前端插入所述环形空间中，后端向所述接触桥施加推力。

3.如权利要求2所述的电磁开关，其中，所述接触桥借助于安装座安装在所述推杆上，所述接触桥复位弹簧的前端推抵于套筒的厚壁段与薄壁段之间形成的台阶面，后端推抵于所述安装座。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电磁开关，其中，所述套筒由绝缘塑料制成。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电磁开关，其中，所述套筒由磁屏蔽材料或含有磁屏蔽材料的绝缘塑料制成。

6.如权利要求1至3中任一项所述的电磁开关，其中，所述推杆固定在所述活动铁心上，并且包括一体的大径前段和小径后段，所述大径前段和小径后段之间形成过渡台阶；所述套筒的厚壁段推抵于所述过渡台阶。

7.如权利要求6所述的电磁开关，其中，所述套筒的薄壁段包括位于所述厚壁段轴向两侧的一对薄壁段，其中，位于前面的那个薄壁段环绕着所述大径前段的后端部分，位于后面的那个薄壁段与所述小径后段之间形成所述环形空间。

8.如权利要求1至3中任一项所述的电磁开关，其中，所述推杆具有两段式结构，包括固定在活动铁心上的第一杆段和可移动地安装在固定铁心中的第二杆段，所述第二杆段可被所述第一杆段至少向后移动，所述套筒套装于所述第二杆段上。

9.如权利要求8所述的电磁开关，其中，所述第一杆段和第二杆段通过所述套筒相连。

10.如权利要求9所述的电磁开关，其中，所述套筒被构造成允许所述第一杆段和第二杆段之间沿前后方向彼此相对移动一段距离。

11.如权利要求1至3中任一项所述的电磁开关，其中，制成推杆的所述磁性材料为普通钢。

12.一种车辆起动机，包括：

电动机；

与电动机的输出轴相连的传动机构；以及

如权利要求1至11中任一项所述的电磁开关，其控制所述电动机和传动机构的操作。